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ELETTRONICA DI BORDO

Tralasciando gli elicotteri giocattolo e occupandosi quindi di quelli aventi 4 o più canali, andremo ad elencare quelle che sono le parti elettroniche che compongono un elicottero RC:
essenziali: MOTORE, REGOLATORE, BATTERIA, SERVI, GIROSCOPIO, RICEVENTE
optional: BEC ESTERNO, LIPO MONITOR

Mentre nei modelli entry level (4 canali) si trovano molti kit già pronti, montati, collaudati, solo da usare,
In questa guida ci concentreremo sulle classi più usate dai neofiti “avanzati”, cioè dove c’è più necessità di iniziare a comprendere alcune nozioni tecniche applicate, in quanto i modelli iniziano ad essere forniti in kit da montare, a cui eventualmente comprare separatamente i vari componenti.
Quindi le classi 250 , 450 , 500.

IL MOTORE

Il motore su queste dimensioni di modelli è sempre elettrico. Di motori elettrici in campo modellistico ne esistono essenzialmente 2 tipologie: Brushed e brusless.
I motori brushed, italianizzato sarebbe “spazzolato” cioè con spazzole, sono i primi motori elettrici utilizzati nel nostro ambiente circa 20 anni fa. Hanno scarse potenze, pesi alti, efficienze basse, temperature di esercizio elevate, elevata usura e sono fonte di interferenze elettromagnetiche. Sono perciò ormai molto meno usati.. tuttavia per certi utilizzi sono ancora sfruttati per via del loro bassissimo costo e della semplicità di funzionamento, soprattutto sui micro elicotteri. Vi è tuttavia, sempre più la tendenza a montare motori brushless anche su micro modelli. Potremmo definire questi motori come “analogici”: questa impropria definizione è data dal fatto che questi propulsori, funzionano già solo attaccandoli ad una fonte (adeguata) di energia in corrente continua: il comune + e -; non importa il verso poiché mal che vada girano al contrario. All’atto pratico basta collegarli ad una batteria, anche solo appoggiandoli e già funzionano. Questo perché hanno solo due “entrate” predisposte per l’arrivo di energia, il resto del funzionamento è affidato a meccanismi interni al motore.
I motori brushless, letteralmente “senza spazzole” sono i motori attualmente più usati, sia su elicotteri di dimensioni piccole, sia su dimensioni grosse ( 3 metri!), e sono quelli su cui ci concentreremo maggiormente poiché sono quelli che richiedono un po’ più di attenzioni per il loro corretto funzionamento. Questi propulsori, funzionano secondo un principio diverso rispetto ai cugini brushed, e si sono presentati sul mercato non più di 10-12 anni fa. sono quindi motori che possiamo classificare “di nuova concezione”, e che potremmo definire “digitali”. I motori brushless, appunto per il loro diverso principio di funzionamento, necessitano di un controller con un microprocessore il cui compito è quello di direzionare al momento giusto la corrente (che in questi motori è alternata), nel cavo giusto.. eh già.. i nostri amici brushless hanno 3 fili che escono e non possono essere direttamente attaccati alla fonte di energia.. possiamo definirli dei motori trifase in corrente alternata. Per gestire tale aggeggio si necessita quindi di questa centralina-controller che noi definiremo REGOLATORE o ESC.
I motori brushless sono però di due tipi: “outrunner” (in italiano “cassa rotante”) e inrunner o inline (in italiano “rotore interno” ma si usa sempre inrunner per identificarli). Questi due tipi di motori differiscono per tipo di costruzione, forma e funzionamento. Sostanzialmente la grossa differenza sta nel componente che gira;ogni motore deve girare per creare potenza, no? Bene, la parte che gira su un outrunner è la cassa, cioè la parte esterna, parte in cui sono incollati i magneti permanenti (calamite), mentre all’interno sono fissati gli avvolgimenti (quel gomitolo di fili di rame che si vedono). Questa configurazione meccanica conferisce in generale una maggiore coppia motrice, migliore raffreddamento, ma maggiori problemi di posizionamento in quanto la parte che gira (la cassa) se a contatto con fili o parti di telaio, può creare problemi e pesi maggiori rispetto ai fratelli inrunner. Generalmente questi motori a cassa rotante sono quelli più usati in campo elimodellistico in quanto hanno le caratteristiche tecniche ideali per il funzionamento di un elicottero. Sono altresì facilmente smontabili ed ispezionabili e talvolta riparabili.
Gli inrunner sono invece generalmente “chiusi”, sono dei cilindri “blindati” dalla quale esce un albero motore (o asse motore), internamento sono fatti al contrario : gli avvolgimenti sono esterni, mentre i magneti permanenti sono all’interno, e sono loro che girano. Queste caratteristiche meccaniche consentono a tali motori di sopportare giri più alti, essere più comodi come posizionamento, essere più leggeri e più piccoli come diametro; tuttavia soffrono maggiormente di surriscaldamento, sviluppano poca coppia motrice e sono più lunghi come dimensioni. Sono perciò usati maggiormente in aerei o in elicotteri che per progetto accettano solo quella tipologia di motore.
Di brushless ce ne sono di varie dimensioni (da 1 grammo a 5 kg), soprattutto in relazione alla loro potenza; va da sé che un elicottero piccolo avrà un motore da pochi grammi, mentre un elicottero grosso dovrà avere il giusto dimensionamento del propulsore, di conseguenza dovrà avere un motore molto più grosso.
Proprio come per i nostri elettrodomestici, la potenza è espressa in Watt. Maggiori sono i Watt, maggiore è la potenza disponibile, maggiori saranno le dimensioni, i pesi e i costi..
Ogni motore, in base a come è stato costruito ed a cosa è stato destinato, ha delle caratteristiche tecniche. Tali caratteristiche sono IMPORTANTISSIME per far funzionare correttamente il nostro modello. Pena il danneggiamento del motore; se montiamo un motore con caratteristiche sbagliate, lui lavorerà in maniera eccessiva, salendo di temperatura, e arrivando alla fusione. I motori elettrici è normale che scaldino, in base alla qualità del motore, si può arrivare a temperature di oltre 120 C°. un motore di bassa qualità, già a 70° fonde.
N.B. la mano umana rileva come salta una temperatura di 60°, e se fosse inverno e avete le mani fredde, sono sufficienti 45..quindi non basatevi sul dito per dare un giudizio in merito, procuratevi un termometro.
Di seguito una tabella tipo di un motore elettrico per elicottero di medie dimensioni, andiamo ad analizzarlo:

N.B. i dati riportati si riferiscono ad una azienda che fornisce molti dati sui suoi motori: spesso ne troviamo molti meno, di conseguenza io vi evidenzierò quelli di cui parleremo, nonché i più importanti e diffusi:


Scorpion HK-3026-1900KV



Specifications
Stator Diameter 30.0 mm
Stator Thickness 26.0 mm
No. of Stator Arms 9
Magnet Poles 6
Motor Wind 8 Turn Delta
Motor Wire 23-Strand 0.25mm
Motor Kv 1900Kv RPM / Volt
No-Load Current(Io/10V) 3.02 Amps
Motor Resistance (Rm) 0.012 Ohms
Max Continuous Current 80 Amps
Max Continuous Power 1400 Watts
Weight 193 Grams
Outside Diameter 37.50 mm
Shaft Diameter 4.98 mm
Body Length 48.4 mm
Overall Shaft Length 74.2 mm
Max Lipo Cell 5s
Motor Timing 5deg
Drive Frequency 8kHz


-Ingombri, misure e pesi

Questi dati sono importanti per valutare la classe del motore e capire a quale classe di modello è destinato e anche per valutare se le dimensioni vanno ad ingombrare durante il montaggio.

Outside diameter Sarebbe i italiano “diametro esterno”, ovvero il diametro massimo del motore, della cassa. A volte capita che su alcuni elicotteri, non si possa montare un motore più largo di una certa misura.. se il motore che abbiamo scelto supera tale misura, sapremo che non potremo montarlo a meno di non fare qualche modifica
Body lenght, che indica l’altezza del motore.. a volte capita che su alcuni elicotteri, non si possa montare un motore più lungo di una certa misura.. se il motore che abbiamo scelto supera tale misura, sapremo che non potremo montarlo a meno di non fare qualche modifica.
Shaft Diameter, in italiano è “diametro albero motore”; questo numero ci fa capire se il pignone che adotta il nostro modello, monta su questo motore. Pur essendo il diametro dell’ albero motore generalmente uno standard in relazione alla classe di elicottero a cui è destinato, talvolta alcune aziende, per scelte commerciali, decidono di produrre un modello di elicottero che adotta un motore “fuori standard”, di conseguenza, nel caso volessimo cambiare o comprare il motore al suddetto modello, dovremo valutare se il propulsore che abbiamo scelto rimane negli standard della dotazione originale o consigliata.
Weight, è il peso.. indica quanto pesa il nostro motore, serve anch’esso a valutare la classe di motore e a capire quanto l’azienda produttrice abbia lavorato bene, mi spiego: Se mettendo a confronto due motori, vediamo che hanno la stessa potenza, più o meno le stesse misure, magari anche lo stesso prezzo, ma pesi diversi, sapremo che, quanto meno teoricamente, comprando il motore più pesante andremo ad appesantire il nostro modello “gratuitamente” e che quindi tale motore è stato meno curato in fase di progettazione. In realtà vi sono alcuni accorgimenti che con l’esperienza si sapranno apprezzare e che potrebbero giustificare un peso maggiore..

-Dati tecnici specifici

Motor Kv, questo è primissimo dato che interessa un motore. Indica in giri per minuto a volt, la velocità a cui girerà il motore e di conseguenza anche al velocità a cui gireranno le pale del nostro elicottero. Ci vorrebbero 10 pagine con concetti talvolta anche molto tecnici per far capire al meglio che cosa sia, da cosa derivi e su cosa influisca tale dato. Per ora ci basti sapere che ogni modello, è stato pensato per l’uso di una determinata batteria, una determinato regolatore e un determinato motore con annesse caratteristiche tecniche. Quindi se il nostro elicottero monta un motore da 2000Kv oppure è consigliato un tale valore di Kv dalla azienda, e se non si intende fare delle prove rischiando di bruciare qualcosa, è meglio attenersi al valore indicato; si può sgarrare di un 5-10% rispetto al numero di kv consigliato, ma quantomeno nelle fasi di apprendimento, è meglio sempre e comunque attenersi ad esso il più possibile o chiedere consigli a più esperti
Max continuous current, è un dato molto importante per capire quanto è potente il nostro motore. Infatti grazie alla moltiplicazione di questo dato con i volt di alimentazione otteniamo i Watt, la potenza appunto.
È inoltre fondamentale per capire quale regolatore abbinargli (tratteremo dopo l’argomento)
Max continuous power, questo è il dato della potenza del nostro motore; in relazione a quello della corrente ci fa capire a quanti volt possiamo alimentarlo senza bruciarlo (vedremo più avanti le formule). Può capitare che commercialmente parlando, due motori aventi identiche caratteristiche di pesi e misure, abbiano però questo dato diverso. Questo indica che, sulla carta, un motore è più potente dell’altro. Tuttavia l’esperienza insegna che la reale potenza la misura sul campo, con il modello in volo.. ormai questo numero è da “prendere con le pinze” in quanto molte aziende esagerano nel dichiararlo, nell’intento di attirare il cliente, ma poi, all’atto pratico non si dimostra fondato. Si tende pertanto a prendere in più sera considerazione i dati dichiarati da aziende grosse e di affermata fama. I dati che troviamo su siti cinesi, o su ebay, talvolta si scostano e anche parecchio da quello che è poi la realtà.

ATTENZIONE: cercherò di esprimere in maniera scorrevole un concetto estremamente tecnico, ma che mi preme divulgare in questa guida, in quanto ritengo che sia di fondamentale importanza nel nostro mondo;
è il concetto di efficienza energetica: Per misurare la potenza di un motore, dobbiamo essere in possesso di uno o più strumenti di misura piuttosto tecnici: un voltmetro e un amperometro, che talvolta si racchiudono in un Wattmetro. Con i dati che leggiamo, siamo in grado di sapere quanta corrente sta assorbendo il nostro motore (cioè gli Ampere) ed a quanti volt lo stiamo alimentando. Tramite questi due dati, moltiplicandoli, otteniamo un valore in Watt.
Supponiamo quindi che il nostro motore assorba 20A (Ampere) ad una alimentazione a 10V (Volt). La potenza sarà quindi 20 x 10 = 200W (Watt).
I dati che abbiamo preso, sono però inerenti ad un assorbimento in uscita dalla batteria, cioè la fonte di energia. Non è perciò detto che tale energia elettrica venga commutata interamente in potenza disponibile sul nostro elicottero (anzi, adir la verità non è fisicamente possibile), questa è solo la potenza assorbita, ma non quella resa dopo trasformata; vi sono infatti delle “perdite” dovute ad attriti meccanici ed aerodinamici, uniti ad una perdita dovuta all’efficienza energetica del nostro sistema di propulsione che non potrà mai essere del 100%. Il sistema in questione è: batteria-regolatore-motore; Tralasciando quindi la batteria (su cui ci soffermeremo più avanti) prima delle pale che girano, vi è solo più un regolatore e un motore. Tale abbinata (ma soprattutto il motore), a seconda della qualità di costruzione e dei settaggi che ha, può trasformare più o meno di quei 200W in energia meccanica; questa è quella che viene definita efficienza energetica; in parole povere è la capacità, espressa in percentuale, di trasformare l’energia assorbita in energia disponibile per il modello. Da notare che l’effettiva energia meccanica che il motore è stato in grado di trasformare, è difficilmente quantificabile, ma è stimabile attraverso rilevazioni di dati durante il volo (telemetria).
Questo dato di efficienza (che stranamente in queste caratteristiche tecniche non è riportato) indica quanto il nostro motore è “buono” qualitativamente parlando: solitamente tale dato sia aggira tra l’ 88% e il 92% nelle migliore delle ipotesi (che poi realmente è compreso tra il 70% nei motori peggiori e l’86 nei migliori). Purtroppo tale dato è stato anch’esso inflazionato dalle aziende meno serie: infatti talvolta sul web si trovano efficienze del 99%, cosa che oggigiorno non è possibile.
Tutta questo papiro per arrivare a dire che con il proseguire delle vostre esperienze, potreste trovare un motore da 500W che “tira” di più di un altro che sulla carta è 700W. Solitamente, visto che l’ottenimento di una alta efficienza è strettamente legato ai materiali utilizzati e agli studi compiuti sul motore, un indicatore dei tale qualità è dato dal costo: difficilmente un motore da pochi € sarà in grado di avere rese al pari o superiori di uno da qualche centinaio. Non basatevi solamente sulla potenza dichiarata dalla casa costruttrice, vi sono molti altri fattori in gioco. Chiaramente finché non si prova, non si riesce a capire se un motore è realmente più efficiente di un altro, e a volte (rare) capita anche che motori costosi vadano peggio di altri economici.

Non è detto che ciò che costa caro sia di qualità, ma stai certo che ciò che è di qualità costa caro.

Max lipo cell, poiché le batterie ai polimeri di litio, sono composte da celle, ed ogni cella ha un suo voltaggio, l’azienda produttrice pubblica un dato su quale pone un limite massimo di voltaggio, talvolta espresso in Volt (dobbiamo fare noi la divisione per capire il numero di celle) talvolta, come in questo caso, già espresso in celle. Non è un obbligo arrivare al massimo consentito delle celle, ma è caldamente consigliabile non superare tale limita, a meno di non avere l’esperienza necessaria, pena? Si brucia il motore.
Timing, questo è un dato indicato al produttore del motore, che deve però essere impostato sul regolatore; non riguarda le prestazioni o le caratteristiche del motore stesso, è un consiglio sulle future impostazioni che saranno da configurare su un altro componente, strettamente correlato al motore, il regolatore appunto..è come se il produttore della vostra macchina vi dicesse che li ci va un tipo di olio piuttosto che un altro. Si tratta di un dato da tenere in considerazione quando sia andrà a programmare il regolatore
Drive Frequency, idem come sopra, si tratteranno questi due argomenti nel paragrafo inerente al regolatore.