一架低成本航拍机的设计与制作(4)

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结构设计和部件制作（2）

5. 起落架

起落架的设计宗旨有二：一是在保证模型飞机稳定滑跑、灵活转向的前提下，尽量简化结构、减轻重量（图1）；二是与机身做弱连接，以便在必要时通过其变形吸收能量，防止模型飞机粗暴着陆时撕裂机体或损伤内部载荷。

航拍机起落架的设计，可参考常见航模起落架。以25级练习机为例，模型飞机的起飞重量约为1.4kg，其起落架用厚4-5mm的碳钢制作即可保证强度（图2），但缺点是重量太大（超过100g）。几番比较后，笔者放弃了易于采购的航模起落架（图3），改用直径1.6mm的自行车辐条制作桁架式起落架（图4）。先用3根钢丝构成三脚架稳定结构，连接处用纤维缠绕、涂树脂胶，或缠绕铜丝、用焊锡固定；然后在轮轴处套一截用完的中性笔芯，以减小机轮转动的摩擦阻力。主起落架通过硬木块安装在机身加强隔框上（图5）。前起落架配合转向机构装在机身1号加强隔框上。

至此，这架航拍机的主要部件都做完了。接下来要安装动力系统、控制系统和航拍设备，并进行总装调试。

航拍器材和动力选择

1. 机载航拍设备

根据设计方案，航拍机的机载航拍设备是一台家用普通数码相机。因为需要控制成本，所以笔者选择了一款2008年生产的佳能A590IS相机（图6）。它支持8百万像素，配备了1/25英寸CCD成像传感器、4倍光学变焦和佳能

DIGIC Ⅲ图像处理系统，由两节5号电池供电，使用SD卡存储图像数据。相机外形尺寸为94.3mm×64.7mm×40.8mm。

值得一提的是，这款相机虽然老，但具备“光学防抖”功能。这一由惯性传感器件和可调镜头组成的光学校正功能，能有效减小拍摄时因手部抖动引起的画面模糊。用在航拍上，可在一定程度上提高成像质量。安装前需在菜单中找到这一功能，并将其设置为“常开”模式（图7）。

2. 舵机

由于这架航拍机的翼载荷较小、飞行速度不快，因此无需配备大扭力舵机。本着降低重量、节约成本的想法，笔者在最关键的副翼和升降舵上使用了重量15g左右 （标称输出扭矩约1.5kg・cm）舵机，在方向舵和前轮转向机构上则使用了重量10g左右（标称输出扭矩约0.6kg・cm） 舵机。这些舵机均为国产品牌（图8）。

3. 操纵系统

常规布局航拍机的操纵系统很简单，包括副翼、升降舵、方向舵/前轮转弯和油门。其中副翼弦长为25%机翼翼型弦长，分布在左右机翼翼展60%（与翼根距离为60%翼展）至翼尖位置。

为了可靠地操纵各舵面，副翼上用SG90舵机，安装在其中段加强翼肋处；升降舵上用SG90舵机，安装在垂尾顶部的流线过渡段内；方向舵上用SG50舵机，安装在垂尾与尾管的转接盒内；前轮转弯舵机则安装在前起落架附近的2号机身加强隔框上（图9）。

由于整架航拍机都采用轻量化设计，因此没有采用常见的螺纹调节舵机连杆，而是自做了类似许多小型室内航模上用到的连杆。材料选用直径1.2mm的钢丝，其上留出“Z”字弯（图10），以便通过“Z”字的不同弯曲度调节连杆长度。为保证双发动力的一致性，使用了“Y”形线同步控制两个电调。

4. 电机

航拍机由两台外转子无刷电机（图11）提供动力。考虑到设计方案里航拍机总重约1.8kg，而小场地起降对推重比要求较高，故将推重比设计为0.8左右，即单台电机最大拉力可达到0.7-0.8kg。为此笔者选用了定子直径28mm、长20mm、外径约为36mm的外转子无刷电机。由于厂商对电机型号的命名方法不一，因此模友可选用型号C2820（按定子尺寸命名）或C3630/3635（按外形尺寸命名）。

因为电机KV值为1 300，与同级电机相比数值较小、扭矩较大，所以笔者选用了尺寸较大的12×8螺旋桨（直径12英寸、桨距8英寸）。为了减轻重量并降低成本，电动桨选用塑料材质（图12）。

5. 电调和电池

经测试这款电机的最大瞬时电流超过20A，故搭配使用30A国产电调（图13）。考虑到航拍机不需要长时间飞行，为减轻重量，笔者只用了两块3S/11.1V/1 300mAh的锂聚合物电池作为电源。如需更长续航时间，则可选用两块3S/11.1V/2 200mAh的锂聚合物电池。

曾有很多模友问：双发的模型飞机，能不能只用一块大容量电池统一供电。笔者的建议是，尽量用两块电池。因为无论制造多么精准，电机、电调和电池的实际性能和标称性能都会存在一定差异，所以双发模型飞机两个电机的工作电流不可能完全一致，电调对两边最低截止电压的判断也不可能完全同步。下面以具体事例说明。

电池在大功率输出时（如起飞阶段），因为存在内阻，所以输出电压会下降。如果电池容量较小或放电性能较差，电调将会进入低压或过热保护状态。由于个体差异的存在，因此这种保护基本不会同时出现在两边，而是某一边的电调先进入低压保护状态，导致输出电流减半、电池电压迅速回升。这样另一边的电调不但不会进入保护状态，反而会选择突然增加功率，造成左右拉力差急剧增大、模型飞机偏航失控的危险。

这种情况最有可能发生在电池电量即将耗尽，模型准备着陆又因紧急状况复飞时，因为此时电池电压更接近其截止电压。使用两台甚至更多台电机的垂直起降飞行器也存在类似问题，原因是这类飞行器为了实现悬停，其动力系统需在最大状态下连续工作，且电池容量预留的余量通常很紧张。2013年笔者曾在《电动模型飞机动力系统的配置》一文中专门论述过类似问题。

如果使用两块独立电池，那么即使其中一台电机的电调进入了保护状态，另一台电机也不会突然增加动力。当然，这两块独立使用的电池，包括配套使用的电调、电机等部件，其性能的一致性仍然很重要。最好选取相同型号、同一批次的电池，不仅应成对使用，还要在使用中进行相同的充放电过程控制。

总装和机载设备安装

1. 线路布置和设备安装

制作航拍机的部件时，需先将控制系统的线缆布置到机身结构中。

在制作机翼时，蒙皮之前最好在其结构中预留一根棉线，以便之后布置穿过线缆。若前期忘记预留，也有补救方法：对于翼展较大的，可先将机翼竖起，然后用螺母等重物引导棉线穿过各翼肋的减轻孔，再利用棉线引导舵机线穿过机翼；对于翼展较小的，则可用一根细杆直接引导舵机线。

由于这架航拍机的机翼分三段制作，因此笔者预留棉线的地方包括：舵机线穿过发动机短舱的位置、升降舵导线穿过垂直尾翼的位置、方向舵导线通过尾管引入机身的位置。另外，在舵机安装位置，多留了一段长10-15cm的舵机线（图15），方便将来更换舵机时插拔插头。为避免发生干扰，应尽量避免把动力线路和控制线路绑在一起。对此笔者的处理方法是：让动力线路和控制线路穿越翼肋不同位置的减轻孔。

航拍机机身的1号加强隔框和4号加强隔框间，有3个舱的位置可用于安装机载设备。由于这架航拍机的尾翼较重，因此将相对重一些的电池安放在最前（1号舱），以利于配平重心；把控制用的遥控接收机放在2号舱；作为任务载荷的航拍设备则安置在3号舱。3号舱接近全机重心，即使任务载荷重量有调整，也不会影响重心位置。所有舱内设备均要用尼龙搭扣绑紧，防止它们在飞行中松动。（未完待续）