Τεχνικά άρθρα

Τεχνικά άρθρα και τεχνολογίες αερομοντελισμού


Για τους καινούργιους φίλους μας:

 


_________________________________________________________________

1-1-2016
 

Η ταχύτητα stall του μοντέλλου (ταχύτητα απώλειας στήριξης)

Πόσο αργά μπορεί να πετάξει το μοντέλλο μας;



Ασφαλώς εμείς οι αερομοντελιστές δεν μπορούμε να υπολογίσουμε μαθηματικά την ελάχιστη ταχύτητα πτήσεως του μοντέλλου μας. Είναι όμως ένα μέγεθος που μας ενδιαφέρει πολύ όπως θα δείξουμε παρακάτω και μπορούμε -εξετάζοντας την μαθηματική σχέση της άντωσης - να βγάλουμε μερικά χρήσιμα ποιοτικά συμπεράσματα.

Ποιά είναι λοιπόν η ελάχιστη ταχύτητα που μπορεί να πετάει το μοντέλλο μας χωρίς να χάνει ύψος;

Όσο ελαττώνουμε το γκάζι της μηχανής και πέφτει η ταχύτητα, βλέπουμε ότι το μοντέλλο μας αρχίζει να χάνει ύψος. Για να το αντισταθμίσουμε αυτό δίνουμε ELEVATOR-UP. Πόσο όμως μπορεί να συνεχιστεί αυτό, χωρίς το μοντέλλο μας να "στολάρει"; 

Η ταχύτητα stall του μοντέλλου μας εξαρτάται από τον συντελεστή άντωσης CL που εξετάσαμε στο προηγούμενο άρθρο μας "Τι είναι ο συντελεστής άντωσης", ο οποίος πάλι εξαρτάται από την γωνία προσβολής της πτέρυγας. Ας θυμηθούμε  την εξίσωση της άντωσης που είδαμε στο προηγούμενο άρθρο

Βάρος = Άντωση (Lift).....  L =  ½ x ρ x V2 x S x CL

όπου ρ είναι η πυκνότητα του αέρα

       V είναι η ταχύτητα του αεροπλάνου

       S η πτερυγική επιφάνεια

  και CL ο συντελεστής άντωσης 

Αυτή η εξίσωση ισχύει για ευθεία και επίπεδη πτήση του μοντέλλου. Δηλαδή το μοντέλλο δεν κερδίζει ούτε χάνει ύψος, ούτε στρίβει. 

Αφού το βάρος του μοντέλλου είναι σταθερό και δεν χάνει ούτε κερδίζει ύψος, αν στην παραπάνω εξίσωση ελαττωθεί η ταχύτητα V, πρέπει να αυξηθεί ο συντελεστής άντωσης, ώστε το γινόμενο να μείνει σταθερό και ίσο με το βάρος του μοντέλλου. Πρακτικά, αυξάνουμε την γωνία προσβολής με το ELEVATOR και έτσι αυξάνεται και το CL.

 Όμως ο συντελεστής άντωσης δεν μπορεί να αυξηθεί επ άπειρον. Καθώς αυξάνεται η γωνία προσβολής, αυξάνεται και το CL αλλά φτάνει μια κρίσιμη τιμή πέρα από την οποία μειώνεται απότομα. Η ροή του αέρα γύρω από την αεροτομή από στρωτή γίνεται τυρβώδης και χάνεται η στήριξη, έχουμε δηλαδή κατάσταση stall, το μοντέλλο πέφτει!

Μικρή γωνία προσβολής, στρωτή ροή του αέρα, παράγεται άντωση και το μοντέλλο πετάει κανονικά



Υπερβολικά μεγάλη γωνία προσβολής. Η ροή του αέρα αποκολλάται από την πτέρυγα και γίνεται τυρβώδης. Ο συντελεστής άντωσης CL μειώνεται απότομα. Δεν παράγεται άντωση και το μοντέλλο πέφτει. Κατάσταση stall.


Δείτε στην παρακάτω καμπύλη πώς ο συντελεστής άντωσης αυξάνεται καθώς αυξάνεται η γωνία προσβολής της πτέρυγας, φτάνει μια ανώτατη τιμή (την κρίσιμη τιμή) και μετά πέφτει απότομα.





Τι γίνεται όμως αν το μοντέλλο έχει flaps και τα έχει κατεβάσει; Τότε η αεροτομή αποκτά καμπυλότητα (camber), ο συντελεστής άντωσης είναι μεγαλύτερος, αλλά η γωνία προσβολής στο stall είναι μικρότερη απ ότι προηγουμένως, δείτε το παρακάτω διάγραμμα. 



 Είδαμε λοιπόν το ρόλο που παίζει η ταχύτητα και η γωνία προσβολής στο stall του μοντέλλου μας. 

Ποια όμως πρακτικά συμπεράσματα βγάζουμε από την μέχρι τώρα ανάλυση της ταχύτητας stall ;

Δεν υπάρχει τίποτα πιο εντυπωσιακό από μια αργή, χαμηλή διέλευση ενός ωραίου SCALE μοντέλλου, πάνω από τον διάδρομο. Προκαλεί τον θαυμασμό των άλλων αερομοντελιστών, ενώ και ο πιλότος καμαρώνει δίκαια για το μοντέλλο του. Για να είναι όμως αργή η διέλευση, πρέπει να ελαττώσουμε το γκάζι ώστε να πέσει και η ταχύτητα, αλλά ταυτόχρονα να δώσουμε και πολύ ELEVATOR-UP ώστε το αεροπλάνο να πετάει επίπεδα χωρίς να χάνει ύψος. Ουσιαστικά με το ELEVATOR αυξάνουμε την γωνία προσβολής, ώστε να αυξηθεί η άντωση και να κρατηθεί το μοντέλλο, να μην χάνει ύψος. Τότε όμως ελλοχεύει ο κίνδυνος stall, καθώς η ταχύτητα είναι πολύ μικρή και η γωνία προσβολής μεγάλη. Θα πρέπει λοιπόν να είμαστε πολύ προσεκτικοί ώστε να μην φτάσουμε την ελάχιστη ταχύτητα απώλειας στήριξης και στολάρει το μοντέλλο μας. Αν συμβεί αυτό κάνοντας χαμηλή διέλευση, το μοντέλλο μας θα πέσει σίγουρα στο έδαφος γιατί δεν προλαβαίνουμε να διορθώσουμε και θα πάθει σοβαρές ζημιές.

Μια άλλη περίπτωση είναι, αν συμβεί να σβήσει ο κινητήρας του αεροπλάνου μας στον αέρα. Αυτό που συνηθίζουν να κάνουν οι πιο άπειροι αερομοντελιστές μέσα στον πανικό τους, είναι να δώσουν αμέσως full ELEVATOR-UP προκειμένου να επιβραδύνουν την πτώση. Καθώς όμως το μοντέλλο δεν μπορεί να αναπτύξει ταχύτητα χωρίς κινητήρα και με την μεγάλη γωνία προσβολής που έχει, φτάνει γρήγορα στην κατάσταση stall. Ρίχνει τη μύτη προς τα κάτω και αρχίζει να πέφτει γρήγορα. Αποκτά τότε ταχύτητα πάνω από την ταχύτητα stall και ανεβαίνει για λίγο για να ξαναφτάσει πάλι την ταχύτητα stall κ.ο.κ. Ακολουθεί λοιπόν μια κυματοειδή πορεία στον αέρα, μέχρις ότου σκάσει με δύναμη στο έδαφος. 

Το σωστό, σύμφωνα και με όσα αναπτύξαμε πιο πάνω, είναι να αφήσουμε το μοντέλλο μας να πέφτει αρκετά γρήγορα αναπτύσσοντας ταχύτητα (υποθέτουμε ότι ήταν αρκετά ψηλά) και γύρω στο μισό-ένα μέτρο από το έδαφος να τραβήξουμε ισχυρά ELEVATOR-UP (προσοχή, όχι full ELEVATOR-UP, γιατί το μοντέλλο θα ξαναπάρει ύψος!). Το μοντέλλο μας δεν θα στολάρει γιατί έχει αναπτύξει ταχύτητα αρκετά μεγαλύτερη από την ταχύτητα stall, αλλά θα πλανάρει (σε αυτό βοηθά και το Ground Effect που θα αναπτύξουμε σε ένα μελλοντικό άρθρο) και θα προσγειωθεί πολύ ομαλά, αν και λίγο γρήγορα, με κάπως μεγάλη ταχύτητα.

Όλα τα παραπάνω που είπαμε ισχύουν εάν το μοντέλλο πετά σε ευθεία, επίπεδη πτήση. Αν το μοντέλλο στρίβει και πάρει κλίση με τα AILERON, τα πράγματα χειροτερεύουν.


Το αεροπλάνο έχει πάρει κλίση με τα AILERON για να στρίψει. Η γωνία κλίσεως (bank angle) είναι η φ. Η συνολική άντωση είναι πάντα κάθετη στις πτέρυγες. Η κάθετη συνιστώσα της άντωσης είναι ίση με το βάρος του μοντέλλου. Η οριζόντια συνιστώσα είναι αυτή που κάνει το μοντέλλο να στρίβει

Αποδεικνύεται μαθηματικά ότι η ταχύτητα stall όταν το αεροπλάνο στρίβει ισούται με



όπου Vκαν. είναι η ταχύτητα stall όταν το μοντέλλο μας πετάει σε ευθεία και επίπεδη πτήση, Vστροφ. είναι η ταχύτητα stall όταν το μοντέλλο μας στρίβει και φ είναι η γωνία κλίσεως, bank angle, όπως φαίνεται στην προηγούμενη εικόνα.
Επειδή το συνφ είναι πάντα μικρότερο της μονάδας, η ταχύτητα stall όταν το μοντέλλο στρίβει είναι πάντα μεγαλύτερη από την ταχύτητα stall στην ευθεία, επίπεδη πτήση. 

Για να καταλάβετε πόσο σημαντικό είναι αυτό θα σας αναφέρω πόσο αυξάνεται η ταχύτητα stall για διάφορες γωνίες κλίσεως (bank angles):

- Σε κλίση 30 μοιρών η ταχύτητα stall είναι κατά 7% μεγαλύτερη από την κανονική ταχύτητα stall (ευθείας-επίπεδης πτήσης)

- Σε κλίση 45 μοιρών είναι 19% μεγαλύτερη

- Σε κλίση 60 μοιρών είναι 41% μεγαλύτερη

Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι το μοντέλλο μας κινδυνεύει να στολάρει ευκολότερα σε μια στροφή !

 Αν υποθέσουμε ότι πετάμε το μοντέλλο μας πολύ αργά σε κάποιο ύψος και επιχειρήσουμε έτσι να στρίψουμε, το μοντέλλο μας θα "ρίξει αμέσως μούρη" προς τα κάτω! Αν έχουμε την προηγούμενη περίπτωση της αργής διέλευσης πάνω από τον διάδρομο και επιχειρήσουμε να στρίψουμε στο τέλος του διαδρόμου -χωρίς να αλλάξουμε τίποτα- το αεροπλάνο μας θα ρίξει αμέσως μούρη και θα συντριβεί στο έδαφος !

Αυτό ασφαλώς οι έμπειροι αερομοντελιστές το γνωρίζουν εκ πείρας (έστω και χωρίς να γνωρίζουν τις εξισώσεις της άντωσης !) και σε μια στροφή, ειδικά αν πετούσαν αργά το μοντέλλο τους, δίνουν ενστικτωδώς γκάζι και ELEVATOR-UP, οπότε αυξάνουν την ταχύτητα αρκετά πάνω από την ταχύτητα stall και αυξάνουν και την άντωση, αυξάνοντας την γωνία προσβολής με το ELEVATOR.

Ελπίζω οι πιο καινούργιοι φίλοι μας να προλάβουν να διαβάσουν αυτό το άρθρο !

Εξετάσαμε το ρόλο της γωνίας προσβολής και της ταχύτητας του μοντέλλου μας στην κατάσταση stall. Ας δούμε τώρα και τι ρόλο παίζει το βάρος.

 Ξαναγράφουμε την εξίσωση της άντωσης όταν το μοντέλλο πετάει σε ευθεία, επίπεδη πτήση και με την πιο αργή ταχύτητα που μπορεί, σχεδόν την ταχύτητα stall
 

L = W =  ½ x ρ x VS2 x S x CL


 τα διάφορα μεγέθη τα έχουμε εξηγήσει πιο πάνω. VS είναι η ταχύτητα stall. Αν επιλύσουμε αυτή την εξίσωση ως προς VS θα έχουμε




όπου CLmax είναι ο μέγιστος συντελεστής άντωσης (που αντιστοιχεί στην μέγιστη γωνία προσβολής).

 Από αυτή την εξίσωση βλέπουμε ότι αν αυξηθεί το βάρος W του μοντέλλου, θα αυξηθεί και η ελάχιστη ταχύτητα πτήσης VS.

Με πολύ απλά λόγια, ένα βαρύ μοντέλλο δεν μπορεί να πετάξει πολύ αργά γιατί θα στολάρει (συγκριτικά με ένα ίδιο μοντέλλο, αλλά πιο ελαφρύ) !

Δεν έχω κουραστεί να επαναλαμβάνω ότι όσο πιο ελαφρύ είναι ένα μοντέλλο τόσο καλύτερες πτητικές ικανότητες έχει. Εξ ού και η -ας την πούμε- κάποια αντιπάθεια μου για ωραία μεν μοντέλλα, με καλό φινίρισμα, που όμως είναι "βαρίδια" !

Αυτή τη φορά μάλλον σας κούρασα με πολλούς τεχνικούς όρους και εξισώσεις. 

Είναι αρκετό όμως να θυμάστε μόνο τα χρήσιμα συμπεράσματα αυτής της παρουσίασης.




Γιώργος Καρασούλας

__________________________________________________________________________________

9-11-2015

Τι είναι ο συντελεστής άντωσης

και πως επηρεάζει την άντωση του αερομοντέλλου



Οι περισσότεροι παλιοί αερομοντελιστές γνωρίζουν ασφαλώς τι είναι ο συντελεστής άντωσης. Ακόμα όμως και θεωρητικά να μην το γνωρίζουν, με μια ματιά μόνο που θα ρίξουν σε ένα μοντέλλο και την πτέρυγα του, γνωρίζουν ακριβώς την πτητική συμπεριφορά του: αν θα είναι ένα μοντέλλο γρήγορο ή αργό, αν θα είναι ευέλικτο, αν θα είναι εύκολο στην πτήση ή ασταθές, πως θα έρχεται για προσγείωση κλπ.

Όμως δεν θα ήταν κακό και οι παλιοί να ξαναθυμηθούν αυτά που ήδη γνωρίζουν, ενώ οι καινούργιοι φίλοι μας θα έχουν την ευκαιρία να μάθουν ορισμένα πράγματα που θα τους βοηθήσουν αργότερα να μάθουν σπουδαιότερες -και πιο κρίσιμες- έννοιες, όπως π.χ. το washout μιας πτέρυγας. Για να κατανοήσουν αυτά τα κάπως πιο προχωρημένα θέματα, είναι απαραίτητο πρώτα να εξοικειωθούν με τις βασικές έννοιες.

Το πόσο αποτελεσματική είναι μια πτέρυγα στην δημιουργία άντωσης, εξαρτάται -μεταξύ άλλων- και από την μορφή της αεροτομής της, το πόσο "παχιά" είναι, τι καμπυλότητα έχει και από την γωνία προσβολής, την δεδομένη στιγμή. Την επήρεια όλων αυτών των παραγόντων η αεροδυναμική - για λόγους ευκολίας- τα έχει ενσωματώσει στον συντελεστή άντωσης CL.

Μια μικρή παρένθεση: Μην μπερδεύετε την γωνία προσβολής ενός αεροπλάνου (ή μοντέλλου), με την γωνία πρόσπτωσης. Η γωνία προσβολής είναι η γωνία που σχηματίζει η χορδή της αεροτομής -την δεδομένη στιγμή- με την κατεύθυνση πτήσεως του αερομοντέλλου (την κατεύθυνση του σχετικού ανέμου).

Η γωνία πρόσπτωσης είναι η θεωρητική γωνία που σχηματίζει ο -υποτιθέμενος-διαμήκης άξονας της ατράκτου με την χορδή της αεροτομής. Δείτε στην παρακάτω εικόνα πως ορίζεται η γωνία πρόπτωσης.




Ο διαμήκης άξονας της ατράκτου συνήθως είναι παράλληλος με το οριζόντιο σταθερό ουραίο, όχι πάντα όμως. Π.χ. στο FOKKER DR1 TRIPLANE αυτό δεν ίσχυε. Η ιδιότητα αυτή, δηλαδή η (συνήθης) παραλληλότητα του οριζόντιου σταθερού με τον διαμήκη άξονα, μας βοηθά να προσδιορίζουμε την γωνία πρόσπτωσης και να επεμβαίνουμε σε αυτήν, αν χρειάζεται. Το πως μπορεί να γίνει αυτό, θα το εξηγήσουμε σε ένα επόμενο άρθρο.

Η γωνία προσβολής δεν είναι σταθερή και εξαρτάται από την κίνηση του μοντέλλου μας. Π.χ. εάν δώσουμε ELEVATOR-UP, το μοντέλλο παίρνει κλίση προς τα επάνω και η γωνία προσβολής αυξάνεται.

Ο συντελεστής άντωσης  CL συνήθως αναφέρεται στην πτέρυγα του μοντέλλου, αλλά (απάνια) μπορεί να αναφέρεται και στο μοντέλλο ολόκληρο, σαν σύνολο. Είναι ένας αριθμός αδιάστατος (δηλαδή δεν εκφράζεται με κάποια μονάδα μετρήσεως) και μας δείχνει την σχετική άντωση κάποιας πτέρυγας σε σχέση με κάποια άλλη, π.χ. συντελεστής άντωσης 1,2 παράγει περισσότερη άντωση από έναν με τιμή 1,1 ή 1, ενώ συντελεστής άντωσης μηδέν (0) σημαίνει ότι δεν παράγεται καθόλου άντωση από την πτέρυγα.

Στην επόμενη εικόνα φαίνεται μια μη συμμετρική αεροτομή με μεγάλο συντελεστή άντωσης CL. Όπως βλέπετε η γωνία προσβολής είναι μεγάλη, ενώ μεγάλη είναι και η καμπυλότητα της αεροτομής. Η μέση γραμμή της αεροτομής -που την έχω παραστήσει με πράσινη διακεκομμένη γραμμή- είναι η γραμμή που ισαπέχει από το επάνω και το κάτω μέρος της αεροτομής και αν προσέξετε την εικόνα θα δείτε ότι απέχει αρκετά από την χορδή της αεροτομής, πράγμα που ακριβώς δηλώνει ότι η αεροτομή έχει μεγάλη καμπυλότητα (camber).




Στην επόμενη εικόνα φαίνεται μια ημισυμμετρική αεροτομή με μικρή γωνία προσβολής και μικρότερη καμπυλότητα. Ο συντελεστής άντωσης είναι μικρός και η παραγόμενη άντωση από την πτέρυγα -την δεδομένη στιγμή- είναι και αυτή μικρή.




Η ημισυμμετρική αεροτομή είναι αρκετά συνηθισμένη στα αερομοντέλλα, για λόγους καλής πτητικότητας, έστω και αν θυσιάζεται κάτι από την πιστότητα με το πραγματικό αεροπλάνο. Είναι ένας υποχρεωτικός συμβιβασμός που κάνουμε για να πετά το μοντέλλο μας κάπως καλύτερα.

Τέλος στην επόμενη εικόνα παριστάνεται μια τελείως συμμετρική αεροτομή, με μηδενική γωνία προσβολής. Ο συντελεστής άντωσης CL είναι μηδενικός και η πτέρυγα δεν παράγει καθόλου άντωση. Η αεροτομή αυτή είναι συνήθης στα ακροβατικά μοντέλλα και σε μερικά SCALE. Με πορτοκαλί γραμμή έχω παραστήσει την χορδή της αεροτομής, την μέση γραμμή και την κατεύθυνση πτήσεως του μοντέλλου. Όλες αυτές οι γραμμές συμπίπτουν σε αυτήν την περίπτωση.



Ο βασικός μαθηματικός τύπος για την παραγόμενη άντωση μια δεδομένη στιγμή πτήσεως του μοντέλλου (ή του αεροπλάνου) είναι

Άντωση =  ½ x ρ x V2 x S x CL

όπου 

ρ  = πυκνότητα του αέρα
V  = η ταχύτητα του μοντέλλου 
S  = η πτερυγική επιφάνεια
CL = ο συντελεστής άντωσης

Αυτό που είναι ενδιαφέρον, είναι να δούμε από αυτή την εξίσωση πως επιδρούν οι διάφοροι παράγοντες στην παραγόμενη άντωση του μοντέλλου. Σε μια οριζόντια, σταθερή πτήση, το βάρος του μοντέλλου ισούται με την άντωση

Βάρος = Άντωση 

Βλέπουμε λοιπόν από τον πιο πάνω μαθηματικό τύπο, ότι αν έχουμε δυο ίδια μοντέλλα (π.χ. δυο SPITFIRE) με το ίδιο εκπέτασμα και την ίδια πτερυγική επιφάνεια, αλλά το ένα μοντέλλο είναι σημαντικά βαρύτερο από το άλλο, πιθανόν γιατί π.χ. η άτρακτος είναι κατασκευασμένη από fiber-glass ενώ του άλλου είναι ξύλινη, θα πρέπει το βαρύτερο μοντέλλο να πετά ταχύτερα από το άλλο, ώστε να διατηρήσει μια οριζόντια σταθερή πτήση. Αυτό, οι παλιοί και έμπειροι αερομοντελιστές το γνωρίζουν εκ πείρας και όταν δουν ένα βαρύ μοντέλλο ξέρουν ότι "θα έρχεται πολύ γρήγορα για προσγείωση" !

Βεβαίως μπορεί να αυξηθεί  ο συντελεστής άντωσης, αυξάνοντας την γωνία προσβολής, με ότι όμως αυτό μπορεί να σημαίνει για τον κίνδυνο stall του αερομοντέλλου.

Σε δυο διαφορετικά μοντέλλα, με το ένα να έχει μεγαλύτερο φτερό (μεγάλη πτερυγική επιφάνεια S) , βλέπουμε ότι αυτό θα έχει μεγαλύτερη άντωση, κάτι που οι παλιοί αερομοντελιστές γνωρίζουν επίσης εκ πείρας και όταν δουν ένα μοντέλλο με μεγάλο φτερό λένε ότι "θα πλανάρει καλά", εννοώντας ότι θα έρθει με χαμηλή ταχύτητα στην προσγείωση.

Με αυτά για την ώρα, σε επόμενα άρθρα θα επιχειρήσουμε να μπούμε και σε πιο πολύπλοκα θέματα της αεροδυναμικής, που ελπίζω να είναι χρήσιμα στους νέους αερομοντελιστές.



Γιώργος Καρασούλας

_________________________________________________________________________________

4-5-2015

Τα συστήματα FHSS και FASST της FUTABA


Μέρος 1ο - Το σύστημα FHSS






Έχω τύχει αρκετές φορές στα μοντελοδρόμια πάνω σε συζητήσεις για τα συστήματα FHSS και FASST της FUTABA και πιο συγκεκριμένα για τις διαφορές των δυο συστημάτων. Έχω ακούσει τα πιο εξωφρενικά πράγματα, τα περισσότερα από τα οποία είναι εικοτολογίες των συζητητών, που δεν βασίζονται σε πραγματικά γεγονότα, αλλά σε δικές τους υποθέσεις.

Ούτε και στα Ελληνικά FORUM έχω δει ποτέ κάποια σοβαρή συζήτηση πάνω στο θέμα, αφού ως επί το πλείστον αυτά αναλίσκονται είτε σε -αφόρητα βαρετές- λεπτομερείς παρουσιάσεις κατασκευών αερομοντέλλων, είτε σε (εξ ίσου βαρετή) ανταλλαγή προσωπικών μηνυμάτων ή σε δημοπρασίες αερομοντελιστικών ειδών.

Αλλά και στα ξένα FORUM που ανέτρεξα, και εκεί οι περισσότερες πληροφορίες ήταν εικασίες των μελών, παρά εμπεριστατωμένα στοιχεία.

Διάβαζα κυριολεκτικά, ότι  νάναι !

Άλλος έλεγε ότι το σύστημα FHSS έχει μικρότερη εμβέλεια από το FASST και ως εκ τούτου προορίζεται μόνο για PARK FLYERS! Μερικοί μάλιστα πιο προχωρημένοι "γκουρού" διατείνονταν ότι είχαν ανοίξει τους πομπούς και είχαν μελετήσει τα ολοκληρωμένα κυκλώματα τους, απ όπου και έβγαζαν αυτά τα συμπεράσματα.

Άλλοι πάλι έλεγαν ότι το σύστημα FHSS έχει λιγότερα hopping κανάλια τα οποία βρίσκονται στη μια μεριά του φάσματος των 2.4 GHz, εν αντιθέσει με το σύστημα FASST που έχει περισσότερα κανάλια που είναι κατανεμημένα και στις δυο "πλευρές" του φάσματος.

Τέλος μερικοί πιο "βαθείς γνώστες", διατείνονταν ότι το μέλλον ανήκει στο σύστημα FHSS και ότι το FASST όπου νάναι ...πεθαίνει!

Η αλήθεια είναι ότι ανατρέχοντας και στο SITE της FUTABA δεν μπόρεσα να βγάλω ασφαλή συμπεράσματα ως προς τις διαφορές των δυο συστημάτων , ούτε αν κάποιο σύστημα υπερτερεί -αν υπερτερεί-  έναντι του άλλου. Η FUTABA είναι πολύ προσεκτική -για λόγους marketing- στις παρουσιάσεις των δυο συστημάτων.

Αρκετά χρόνια πριν, περίπου το 2005 ή 2006, όταν ακόμα χρησιμοποιούσαμε κρυστάλλους, είχα μια τηλεκατεύθυνση FUTABA T6EX στους 35 MHz, με κρυστάλλους. Οι συχνότητες τότε ήταν κορεσμένες στις αλάνες και στα μοντελοδρόμια και έπρεπε πριν την πτήση να ρωτάμε οπωσδήποτε όλους τους παρευρισκόμενους, αλλά και πάλι αυτό δεν μας εξασφάλιζε από την κατά λάθος χρήση της δικής μας συχνότητας από κάποιον νεοφερμένο. Πολλά ατυχήματα είχαν συμβεί εκείνες τις εποχές από τέτοιες περιπτώσεις.

Είχα σκεφθεί τότε να κάνω εισαγωγή από την Αγγλία, από το SUSSEX MODEL CENTER, κρυστάλλους στις συχνότητες 34.980 και 35.220 που ήταν κάπως έξω από την μπάντα των 35 MHz και δεν χρησιμοποιούνταν στην Ελλάδα. Η απορία μου όμως ήταν, κατά πόσον η εμβέλεια του συστήματος πομπού/δέκτη θα παρέμενε πλήρης, δεδομένου ότι και ο πομπός και ο δέκτης χρησιμοποιούσαν συντονισμένα κυκλώματα.

Εφόσον κανείς δεν μπορούσε να απαντήσει με σιγουριά στο ερώτημα μου, αποφάσισα τότε να απευθυνθώ στην ίδια την FUTABA, με μικρές -για να είμαι ειλικρινής- ελπίδες, αφού δεν περίμενα μια εταιρεία-κολοσσός να ασχοληθεί και να απαντήσει στις ...αγωνίες ενός απλού και μεμονωμένου χρήστη, ενός φτηνού συστήματος τηλεκατεύθυνσης !

Και όμως!

Η FUTABA μετά από 2-3 μέρες, μου απήντησε με ένα ευγενέστατο προσωπικό mail και με διαβεβαίωνε ότι η εμβέλεια του συστήματος δεν επρόκειτο να μειωθεί με την χρήση των συγκεκριμένων κρυστάλλων!

Αν μη τι άλλο, καταπληκτικό SERVICE!

Για να επανέλθω λοιπόν στο θέμα μας και στις ημέρες μας, ενθυμούμενος αυτό το περιστατικό με την FUTABA, αποφάσισα πριν από μερικές ημέρες να τους στείλω ένα e-mail με τα παραπάνω ερωτήματα μου, δηλαδή ως προς τις διαφορές μεταξύ των συστημάτων FHSS και FASST.

Άλλωστε δεν είχα να χάσω και τίποτε, στην χειρότερη περίπτωση θα έμενα με τις απορίες μου!

Προς μεγάλη μου έκπληξη όμως, η FUTABA μου απήντησε και πάλι, όχι όμως σε 2-3 μέρες, αλλά σε μερικές ώρες, μέσω του τεχνικού της κ. Krysta Hunt ειδικού στο τμήμα ανάπτυξης και τεχνικής υποστήριξης προϊόντων (Product Devolepment and Support Specialist).

Οι διαφορές των δυο συστημάτων -οι οποίες είναι πράγματι πολύ σημαντικές- εστιάζονται, όπως με πληροφόρησε ο κ. Hunt, στα εξής:

1.  Το σύστημα FHSS είναι ένα απλό frequency hopping σύστημα.

2. Το σύστημα FASST είναι υβριδικό σύστημα Frequency Hopping με διαμόρφωση DSSS (πράγμα που σημαίνει πολύ μεγαλύτερη αξιοπιστία).

3.  Το σύστημα FASST έχει αλγόριθμο ελέγχου σφαλμάτων και μπορεί να διορθώσει κάποιο τυχόν σφάλμα στα δεδομένα που λαμβάνει.

4. Το σύστημα FASST κάνει σκανάρισμα συχνοτήτων κατά την διαδικασία BOOT και επιλέγει το πιο "καθαρό" κανάλι, απ όπου αρχίζει το frequency hopping.

5.   Η FUTABA έχει τεστάρει και τα δυο συστήματα της και έχει επιβεβαιώσει ότι τηρούν όλα τα απαραίτητα standards εμβέλειας των συστημάτων τηλεκατεύθυνσης, επομένως δεν αληθεύει ότι το σύστημα FHSS έχει μικρότερη εμβέλεια.

6. Η υλοποίηση των τεχνικών προτερημάτων που περιγράφονται στις παραγράφους 2, 3 και 4 έχει σαν αποτέλεσμα το σύστημα FASST να είναι πιο ακριβό.

Από τα παραπάνω βγαίνει το συμπέρασμα ότι το σύστημα FASST υπερτερεί σαφώς τεχνολογικά του FHSSπου είναι ένα πιο "εισαγωγικό", φθηνότερο και μικρότερων απαιτήσεων σύστημα. Σαφώς και δεν πρόκειται να καταργηθεί το σύστημα FASST, που είναι κατά κάποιον τρόπο, η "ναυαρχίδα" της FUTABA (τώρα τελευταία κυκλοφόρησε και το σύστημα FASSTEST, σαν επέκταση του FASST, με δυνατότητες τηλεμετρίας).

Σε αυτό το σημείο όσοι αναγνώστες δεν ενδιαφέρονται για περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες, μπορούν να σταματήσουν την ανάγνωση του άρθρου και να αρκεστούν στα παραπάνω συμπεράσματα.

Γι αυτούς όμως που τους αρέσει να καταπιάνονται με τη λεπτομέρεια, έστω κι αν αυτή είναι δυσκολονόητη, θα ήθελα να αναφέρω ορισμένα πράγματα για το σύστημα FHSS (frequency hopping) και την διαμόρφωση DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), απλουστεύοντας τα όσο το δυνατόν περισσότερο, ώστε να πάρετε απλώς μια αδρή ιδέα αυτών των τεχνολογιών.

Το FHSS και το DSSS είναι ότι πιο τελευταίο έχει να παρουσιάσει η σύγχρονη τεχνολογία και χρησιμοποιούνται τόσο στην κινητή τηλεφωνία, όσο και στα στρατιωτικά συστήματα τηλεπικοινωνιών.

Η συντομογραφία FHSS προέρχεται από τις λέξεις Frequency Hopping Spread Spectrum, λίγο δύσκολο να το αποδώσουμε στα Ελληνικά.  Το "Frequency Hopping" σημαίνει "μεταπήδηση από συχνότητα σε συχνότητα" και αυτό επειδή ο πομπός δεν λειτουργεί σε μια συχνότητα (όπως είχαμε συνηθίσει μέχρι τώρα), π.χ. 35.060 MHz, αλλά αλλάζει συνεχώς συχνότητα, πολλές φορές το δευτερόλεπτο, μεταπηδώντας συνεχώς από τη μια συχνότητα στην άλλη. Όλες αυτές οι συχνότητες ανήκουν σε ένα φάσμα, μια περιοχή συχνοτήτων, που στην περίπτωση μας βρίσκεται στην περιοχή των 2.4 GHz.

Η μεταπήδηση του πομπού από συχνότητα σε συχνότητα γίνεται με έναν φαινομενικά "τυχαίο" τρόπο, με μια τυχαία ακολουθία συχνοτήτων.

Τι σημαίνει όμως μια ακολουθία τυχαίων αριθμών ή στην περίπτωση μας, μια ακολουθία τυχαίων συχνοτήτων, οι οποίες όμως ανήκουν όλες σε μια συγκεκριμένη περιοχή συχνοτήτων (μπάντα);

Μια ακολουθία τυχαίων αριθμών είναι αριθμοί οι οποίοι δεν έχουν κάποιο συγκεκριμένο μοτίβο, αλλά επαναλαμβάνονται με έναν τυχαίο τρόπο. Π.χ. τυχαίοι αριθμοί είναι οι αριθμοί που βγαίνουν στις κληρώσεις του Τζόκερ ή του Λότο. Και αυτοί ανήκουν σε μια περιοχή, π.χ. για το Τζόκερ είναι από το 1 έως το 45.

Στην περίπτωση όμως του FHSS υπάρχει μια ουσιώδης διαφορά: Στο FHSS δεν πρόκειται για ακολουθία πραγματικών τυχαίων αριθμών, αλλά για ακολουθία ψευδοτυχαίων αριθμών. 

Ποια είναι η διαφορά;

Ενώ το μοτίβο των ψευδοτυχαίων αριθμών "μοιάζει" πραγματικά τυχαίο, στην πραγματικότητα είναι απολύτως ντετερμινιστικά προκαθορισμένο από μια αρχική τιμή και έναν υπολογιστικό αλγόριθμο που τους δημιουργεί. Υπάρχουν γεννήτριες ψευδοτυχαίων αριθμών που παράγονται από ηλεκτρονικό υπολογιστή, π.χ. με ένα πρόγραμμα που είναι γραμμένο στην γλώσσα BASIC. Ας υποθέσουμε ότι τρέχουμε το πρόγραμμα και παίρνουμε μια ακολουθία τυχαίων (ψευδοτυχαίων) αριθμών, π.χ. παίρνουμε 100 τυχαίους αριθμούς από το 1 έως το 10. Εάν σταματήσουμε το πρόγραμμα και το ξανατρέξουμε, θα πάρουμε την ίδια ακριβώς ακολουθία "τυχαίων" αριθμών!

Βλέπουμε λοιπόν ότι οι αριθμοί αυτοί δεν είναι στην πραγματικότητα τυχαίοι, αλλά προκύπτουν από κάποιον συγκεκριμένο μαθηματικό αλγόριθμο.

Αυτό είναι απολύτως απαραίτητο στο σύστημα FHSS, διότι μπορεί για κάποιον τρίτο παρατηρητή η μεταπήδηση από συχνότητα σε συχνότητα να γίνεται με έναν τυχαίο τρόπο. για τον δέκτη του σήματος όμως, ο οποίος "γνωρίζει" τον συγκεκριμένο αλγόριθμο της δημιουργίας των ψευδοτυχαίων αριθμών, η μεταπήδηση είναι και αυτή τελείως συγκεκριμένη και ο αλγόριθμος χρησιμοποιείται για την εξαγωγή του χρήσιμου σήματος, που είναι τελικά αυτό που θα οδηγήσει τα SERVO !

Αυτή η λειτουργία γίνεται όταν κάνουμε BIND τον δέκτη με τον πομπό: Ο δέκτης παρακολουθεί αρχικά ένα κομμάτι της ακολουθίας μεταπήδησης συχνοτήτων και "αποφασίζει" αμέσως ποιος είναι ο χρησιμοποιούμενος αλγόριθμος, οπότε εφαρμόζει και αυτός τον ίδιο αλγόριθμο για την εξαγωγή του σήματος  Όλα αυτά γίνονται σε ελάχιστο χρόνο, φανταστείτε λοιπόν πόσο προχωρημένη τεχνολογία χρησιμοποιείται!

Εξηγήσαμε κάπως την λειτουργία του 1ου συνθετικού του FHSS, δηλαδή του Frequency Hopping. 

Τι σημαίνει όμως το Spread Spectrum;

Όταν έχουμε έναν κλασσικό πομπό που εκπέμπει π.χ. στους 35.060 MHz τότε όλη η πληροφορία, τα σήματα δηλαδή για τα SERVO, εκπέμπεται σε αυτήν την συχνότητα. Για να είμαστε ακριβείς δεν εκπέμπεται ΑΚΡΙΒΩΣ σε αυτή την συχνότητα, αλλά σε μια μικρή περιοχή, σε ένα στενό φάσμα (narrow band), γύρω από αυτήν την περιοχή. Οι λόγοι που χρειάζεται ΠΑΝΤΑ ένα φάσμα συχνοτήτων για να εκπέμψουμε μια πληροφορία και όχι ΜΙΑ ΜΟΝΟ συχνότητα, δεν είναι απλό να τους εξηγήσουμε σε αυτό το άρθρο.

Κρατείστε όμως αυτό: Σχεδόν πάντα χρειάζεται μια περιοχή συχνοτήτων για να μεταδώσουμε μια πληροφορία. Στο προηγούμενο παράδειγμα, εάν είχαμε κρύσταλλο για συχνότητα 35.060 MHz, στην πραγματικότητα ο πομπός καταλάμβανε τις συχνότητες 35.060 +/- 2.5 ΚΗz, ένα εύρος 5 ΚΗz (αφήνει και ένα κενό ασφαλείας από το διπλανό κανάλι).

Στην περίπτωση του FHSS ένα κομμάτι μόνο της πληροφορίας εκπέμπεται σε μια συχνότητα, μετά ο πομπός μεταπηδά σε μια άλλη συχνότητα και ένα κομμάτι πληροφορίας εκπέμπεται σε αυτήν, μετά μεταπηδά σε μια άλλη συχνότητα κ.ο.κ.

Η πληροφορία τώρα είναι διασπαρμένη σε ένα πολύ μεγάλο εύρος συχνοτήτων!

Δείτε στο παρακάτω σχήμα πως είναι η πληροφορία σε έναν πομπό που εκπέμπει μόνο στους 2.4 GHz (narrow band) και πως είναι σε έναν πομπό με FHSS. Με κόκκινο παριστάνεται το σήμα στον πομπό narrow-band και με πράσινο στον πομπό FHSS.


Στην εικόνα φαίνεται καθαρά η διασπορά της πληροφορίας σε ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων στο σύστημα FHSS


Το Spread Spectrum (διασπορά σε φάσμα) αποδίδεται ακριβώς σε αυτή την λειτουργία.

Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα, κυρίως η αξιοπιστία,  με την χρήση του συστήματος FHSS. Στις στρατιωτικές επικοινωνίες, δεν μπορεί να υποκλαπεί η πληροφορία (τουλάχιστον όχι εύκολα) αν δεν είναι γνωστός ο αλγόριθμος μεταπήδησης.

Αλλά και μια παρεμβολή που τυχόν θα υπάρξει σε μια συχνότητα του φάσματος, δεν θα είναι καταστροφική, καθώς μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό της πληροφορίας εκπέμπεται την δεδομένη στιγμή σε εκείνη την συχνότητα.

Ένα άλλο πλεονέκτημα - που αφορά ιδιαίτερα εμάς τους αερομοντελιστές, είναι ότι καθώς μια συχνότητα, ένα κανάλι, του φάσματος των 2.4 GHz δεν χρησιμοποιείται ΣΥΝΕΧΕΙΑ από τον πομπό, αλλά για ένα πολύ μικρό -χρονικά- ποσοστό, αυτό σημαίνει ότι μπορεί το ίδιο κανάλι να χρησιμοποιηθεί και από έναν άλλο πομπό. Έτσι μπορούμε να έχουμε αρκετούς πομπούς ανοιχτούς στους 2.4 GHz ταυτόχρονα, χωρίς ο ένας να επηρεάζει τον άλλο.

Ακόμα και αν τύχει κάποια χρονική στιγμή να συμπέσει η συχνότητα δυο πομπών, το ποσοστό της πληροφορίας που θα επηρεαστεί -και αυτό στιγμιαία μόνο- είναι πολύ μικρό, καθώς το σύνολο της πληροφορίας (τα σήματα δηλαδή προς τα SERVO) έχει μοιραστεί σε έναν πολύ μεγάλο αριθμό συχνοτήτων.

Εδώ υπερτερεί όμως το σύστημα FASST της FUTABA που έχει και έναν αλγόριθμο ελέγχου και διόρθωσης σφαλμάτων.

Για το σύστημα αυτό όμως, όπως και για την διαμόρφωση DSSS που χρησιμοποιεί, θα μιλήσουμε σε ένα μελλοντικό άρθρο.


Γιώργος Καρασούλας

___________________________________________________________________

ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΑ ΑΡΘΡΑ