Gyro's voor modelhelicopters

Om te kunnen vliegen met een heli is de gyro erg belangrijk.
Op deze pagina een wat uitgebreider overzicht van de werking, specificaties, en onderlinge verschillen in gyro's.



                                                                   Auteur:   Peter J.J. van Hout                                Laatste wijziging:  13 December 2009

 

Een zegen voor het vliegen met de modelheli is de uitvinding van de Gyro.
Hierdoor wordt het mogelijk een veel betere controle te hebben over de staartbeweging van de heli.
Een gyro voor de modelheli in de volksmond is een afkorting van gyroscoop en heeft als basis de gyroscoop die meerdere technische toepassingen kent.
De eigenschap van een gyroscoop is kort samen gevat, de natuurlijke neiging tot het willen handhaven een stabiele richting.
Door hier sensoren aan te koppelen kan dus een afwijking in een bepaalde richting gemeten worden.
Bij de gyro die voor het modelhelivliegen ontwikkeld is, zijn een aantal dingen toegevoegd.
Dit is om hem samen met een servobesturing te kunnen laten werken.
De grootste verschillen in gyro's zitten kort samen gevat in functionaliteit, kwaliteit en prijs.
 

 

Begrippen & functionaliteit:

In functionaliteit kan je een globale opsplitsing maken tussen twee gyro's:

- 1:  Een gyro met richting lock ook wel Heading lock of Heading Hold (HH) genoemd of afhankelijk van het merk (AVCS) genoemd.
Dit is een gyro die als doel heeft ongewilde afwijkingen van een bepaalde richting weer te herstellen naar de oorspronkelijke richting.
(In het vervolg van het verhaal hierover meer)

- 2:  Een gyro zonder richting (heading) lock functie ook wel de 'Normaal' (Normal ) modus genoemd.
Dit is een gyro die als doel heeft plotselinge ongewilde bewegingen te dempen en wat te corrigeren.
(In het vervolg van het verhaal hierover meer)

Soms wordt de non lock (Normal) mode ook wel de Rate Mode genoemd iets wat eigenlijk jammer is omdat deze benaming waarschijnlijk een verbastering is.
Dit komt waarschijnlijk omdat de naam "Rate" meestal in een zin genoemd wordt waarbij dan de rotatie snelheid instelmogelijkheid bedoeld wordt.
In de meeste manuals van gyro's kom je deze benaming dan ook niet tegen en wordt er in dat geval over "Normal" mode gesproken iets waar ik zelf dan ook de voorkeur aan geeft omdat dit ook beter de functie weergeeft.
Dit laatste type gyro (zonder HH functie) is in het algemeen wat goedkoper.


De werking van zo'n gyro:
De gyro zit gekoppeld tussen de ontvanger en de servo die de staart aanstuurt en is instaat om een verdraaiing te meten van de heli om zijn hoofdas.
                                                Gyro in "Normaal" mode

                                            
In de normaal modus is de gyro instaat plotselinge ongewenste bewegingen van de staart door b.v. zijwindstoten gedeeltelijk op te vangen door de staartservo op dat moment in tegengestelde richting te sturen en hiermee de ongewilde beweging wat te corrigeren.
De sterkte van compenseren dus de hoeveelheid van het terug sturen (demping) is afhankelijk van de gevoeligheid instelling van de gyro.
Hierbij zal de de gyro de staart wel in tegengestelde richting van de ongewilde beweging tegensturen (opvangen) maar niet geheel terug sturen naar zijn oorspronkelijke richting.
Dit laatste zal je zelf dan moeten doen.

                                                Gyro in "Richting lock" mode

 

In de Headinglock (HH) stand zal de gyro proberen zolang te blijven corrigeren tot de oorspronkelijk richting van de laatste gekozen gestuurde richting weer bereikt is.
Als bij de headinglock de staart richting veranderd wordt door een stuursignaal van de zender,dan wordt dit dan als nieuw uitgangspunt gekozen en probeert de gyro de nieuw gekozen richting te handhaven.
Wil je een gyro kunnen omschakelen tussen normaal en heading lock en / of  de gevoeligheid kunnen instellen vanaf de zender dan is er wel een extra kanaal aansluiting op de ontvanger noodzakelijk.
 

Een praktijk voorbeeld:
In de onderstaande paar voorbeelden komen de verschillen pas goed naar voren als we kijken wat dit betekend als we b.v. een bocht willen maken.
Als je de rotor van de heli naar links laat overhellen door alleen de roll beweging van de rotor aan te sturen zal hij de heli naar links gaan verplaatsen.
Door die beweging krijgt de staart langzaam aan meer zijwind iets waarbij de gyro in de 'Normaal' mode omdat dit zo langzaam gaat weinig reactie oproept.



Dit betekend dat de heli dan zelfs zonder dat we de staart besturen toch uit zichzelf een bocht wil gaan maken afhankelijk van de grote van het staartvlak waar de zijwind tegenaan komt (windvaan effect).

Doen we dit zelfde nu met de gyro in de "Richting lock" stand dan zie je een ander vlieggedrag.

De gyro wil de richting in stand blijven houden wat alleen een zijwaartse verplaatsing betekend.
Wil je hierbij dan een bocht gaan maken zal je dus zelf de bocht met de staart servo de gehele bocht door moeten sturen.
 

 

Het plaatsen van de Gyro:
De gyro is zo opgebouwd dat hij in staat is om een draairichting te corrigeren om de hoofdas van de heli.

Dit betekend ook tevens dat de montage stand van de gyro ook dusdanig gekozen moet worden dat deze gelijk is aan de te corrigeerde richting.
Omdat de montage van gyro's niet altijd gelijk is omdat de correctie richting (As) van de gyro afhankelijk is van de inwendige plaatsing van de componenten zal je dus afhankelijk van de gyro verschillende manieren van monteren zien.

De ene gyro bovenop de heli en de andere hangt aan de zijkant.



Het kan zelfs zo zijn dat je een gyro bij het monteren compleet 180 graden om moet draaien om de werking goed te krijgen.

De montage positie wordt opgegeven in de montagehandleiding van de betreffende gyro.
Om dit ook verder te verduidelijken heb ik hieronder verschillende gyro'met hun mogelijkheden weer gegeven.

   

Het aansluiten van de Gyro:
Het aansluiten van de gyro is natuurlijk dus ook weer afhankelijk van welk type gyro en welk merk je gekozen hebt.

Wel is het zo dat de gyro altijd aangesloten wordt op de ontvangeruitgang die voor de staartaansturing bedoeld is.
Dit is het staart servo kanaal dus.
Heb je een gyro waarbij je van de zender uit ook de gevoeligheid kan regelen, komt er een aansluiting bij die naar een extra hiervoor bedoelde kanaal aansluiting in de ontvanger gaat.
Ook zit er dan een andere aansluiting op waar de staartservo op aangesloten wordt.

De gyro zit dus gekoppeld tussen de ontvanger en de staart servo.



Instelmogelijkheden:

Servo type keuze:
Soms is het ook mogelijk te kiezen voor welk type servo er op aangesloten wordt door een servo keuze schakelaar.
De keuze beperkt zich tot een "digitale servo (DS op ON) " en een "niet digitale (normale) servo (DS op OFF)".

De reden hiervoor is dat de digitale servo op een andere manier aangestuurd kan worden als een gewone servo.
Als je niet zeker weet wat voor type servo het is moet je altijd kiezen de DS schakelaar op "OFF" te zetten omdat anders de servo stuk gaat.
Servo vertraging (DELAY):
Ook kan een gyro werken met zowel snelle als langzamere servo's al heeft een snellere servo wel de voorkeur om een zo snelmogelijke reactie te hebben op het aansturen van de heckrotor.
Om de snelheid voor het aansturing van de servo vanuit de gyro gelijk te laten lopen met de snelheid van de servo zelf is het mogelijk dit te kunnen regelen met een vertraging instel potmeter "DELAY" genaamd.
De reden waarom dit altijd een vertraging is en nooit een sneller lopende servo is omdat de servo nooit sneller kan zijn als het maximale signaal wat vanuit de gyro doorgegeven wordt.
Heb je een snelle servo zal de vertragingstijd dus op 0 staan.
Servo aanstuurbereik (LIMIT):
Om de grote van het maximale aanstuurbereik c.q. de maximale begrenzingen van de servo te kunnen regelen is veelal een begrenzing instelpotmeter (LIMIT) aanwezig.
Misschien lijkt dit in eerste instantie overbodig omdat immers meestal ook het servo bereik van de staartservo in de zendersoftware in te stellen is.
Hierbij wordt dan over het hoofd gezien dat niet alleen het aanstuursignaal vanuit de zender de staart servo aanstuurt maar ook de gyro zelf een stuursignaal produceert om de staart te kunnen corrigeren.
Als dit laatste het geval is kan de servo aansturing misschien wel groter zijn als het aanstuursignaal vanuit de zender en dus geblokkeerd worden in zijn maximale bewegingsvrijheid.
Hierbij kan hij dusdanig tegen de begrenzingen aanlopen dat de tandwielen stuk gaan.
Het is dus nodig om de aansturing voor beide te controleren zowel de aansturing met de zender als de aansturing van de gyro zelf.
Servo richting aansturing (DIR):
Een veelvuldig voorkomende fout is de draairichting van de staart servo met het gevolg dat de staart als een gek begint rond te draaien.
Werkt de servo de verkeerde op dan wordt de staart dus de verkeerde kant op gestuurd.
De aanstuurrichting en dus het aanstuursignaal wordt in eerste instantie door het signaal vanuit de zender bepaald.
Draait de servo dus de goede kant op zonder dat de gyro er tussen gekoppeld is, dus rechtstreeks met de staart servo stekker in de daarvoor bestemde ontvanger uitgang dan weet U dat dit signaal goed is.
Als de op deze manier aangesloten servo al de verkeerde richting in draait met dus het servo richting signaal van uit de zender omgekeerd worden (reverse setting) of de aankoppelstang aan de servo indien mogelijk aan de andere zijde aangesloten worden.
Is deze aansturing goed dan kan de gyro er weer tussen gekoppeld worden en moet de aanstuurrichting opnieuw worden gecontroleerd.

De aanstuurrichting moet nu het zelfde zijn.

Pak je nu de heli op en draai je de staart dan moet de gyro instaat zijn de beweging tegen te sturen en de beweging de andere kant op sturen zonder dat je aan de zenderbesturing komt.

Die richting kan men dus beïnvloeden met de richtingschakelaar DIR.
 

 

Verdere verschillen:
Verdere functionele verschillen zitten in instel mogelijkheden die in het vervolg verhaal nog even naar voren komen.
In prijs zitten er ook erg grote verschillen die soms ook niet meer in verhouding staan met de aanschafprijs van de heli.
De stabiliteit van de gyro (het corrigerend vermogen) is echter van groot belang bij het wel of niet slagen in het leren helivliegen.
In het vergelijk heb ik gekozen voor twee sterk verschillende gyro's beide voorzien van een heading-lock functie om de verschillen wat extra te verduidelijken.

 

De Futaba GY 401 gyro:
Het is zeker mogelijk te kiezen voor een goedkopere gyro dan deze (kost rond de 140 euro).

De specificatie van de  gyro: 

 

Type :  GY 401 van (Robbe) Futaba
Deze gyro heeft een AVCS (Active Angular Velocity Control System).
Deze functie is gelijk aan de heading hold bij andere gyro's met uitzondering dat deze gyro minder gevoelig is voor vibraties dan bij de conventionele piezo gyro's.
Hij zend continu een signaal naar de servo zelfs als hij niet beweegt, heeft een uitzonderlijk lage temperatuur drift en een betere controle bij het hoveren en bij het vliegen met dwars wind.

Functies:
Draai richting omkeer schakelaar.
Normaal / AVCS mode schakelaar, gevoeligheid instelbaar vanaf de zender.
Normaal / AVCS mode neutraal positie afzonderlijk instelbaar vanaf de zender.
Voor het gebruik is een 6 kanaal ontvanger noodzakelijk.
Variabele vertraging, voor verschil van servo snelheden instelbaar.
Pulse frequentie schakelaar voor analoge en digitale servos: 70 / 270 Hz
270 Hz high-speed signaal for digitale servos .

Servo begrenzing instelbaar.
Neutraal setting kan opgeroepen worden, ook in de AVCS mode.
Accepteert stick neutraal positie bij het initialiseren, ideaal voor zenders met geen standaard neutraal positie.
 

Afmetingen:: 27 x 27 x 20 mm
Werk voltage: 3 - 6 Volts

Meer specificaties:
Montage richting:  horizontaal (b.v. boven op frame)
Werk temperature bereik: -10°C ... +45°C
Gewicht: 27 g (incl. bedrading)

De KDS 800 gyro:

Voor de KDS 800 gyro heb ik tot op dit moment geen verschil met de GY 401 kunnen ontdekken.
Uitzonderingen hierop zijn de opstelling van de componenten en het grote verschil in de prijs (kost ruwweg zo'n honderd euro minder).
Ook de verpakking was wat minder als bij de GY 401maar kan nooit het sterke prijsverschil rechtvaardigen.
Gezien de prijs zou het toegestaan zijn dat sommige dingen misschien wat minder zijn al heb ik dit dus nog niet ervaren.
Mochten er mensen zijn de gemotiveerd en onderbouwd een ander resultaat kunnen aandragen verneem ik dit graag.
Ook bij deze gyro hier lijkt gezien de werking de basis componenten gelijk te zijn en de electronica uit het zelfde werelddeel te komen
 

Afmetingen:: 28 x 28 x 20 mm
Werk voltage: 4.8 - 6.0 Volts

Operating current: 80 mA

Meer specificaties:
Montage richting:  horizontaal (b.v. boven op frame)
Werk temperature bereik: -10°C ... +45°C
Gewicht: 23 g (incl. bedrading)

 

De E-Sky EK2-0704A gyro:
Een nog goedkopere gyro met headinglock mogelijkheid is bijna niet denkbaar (rond de 30 Euro).
Deze is wel sterk verschillend met de boven vermelde gyro's en is hoofdzakelijk bedoeld om de verschillen te laten zien.

 

De E-Sky specificatie:

Type: EK2-0704A van E-sky.

Deze gyro is voorzien van een headinglock mogelijkheid en een normale modus.
De gevoeligheid en modus (Normaal of headinglock) is vanaf de zender te kiezen als de tweede connector aangesloten is.
Hierbij is dan een extra kanaal op de ontvanger een vereiste zoals bij de GY401.
Bij het  aansluiten van de tweede connector op de min van de voedingsbron blijft de gyro in de headinglock stand en is de gevoeligheid instelbaar op de gyro met de gain potmeter en is er dus een kanaal minder noodzakelijk.
De gyro is erg licht (8 gram) en bedoelt voor een kleine heli.

 

Functies:
Draai richting is niet omschakelbaar en bij afwijking moet de gyro 180 graden andersom gemonteerd worden.
Normaal / Heading lock mode schakelaar, gevoeligheid instelbaar vanaf de zender.
Normaal / Heading lock mode neutraal positie niet afzonderlijk instelbaar vanaf de zender (zie toelichting bij gyro vergelijk).
Voor heading lock gebruik is een 6 kanaal ontvanger niet perse noodzakelijk.
Servo begrenzing niet instelbaar (moet dus mechanisch gebeuren).
Neutraal setting d.m.v. trim op zender in combinatie met mechanische afstelling.
Accepteert neutraal positie bij het initialiseren (neemt actuele trim positie over als nul positie).

Opmerking:
De manier van servo aansluiten staan niet vermeld in de omschrijving daarom heb ik de signalen aangegeven op de foto.
De servo wordt rechtstreeks in de gyro gestekkerd.
(Let op dat de stekker ver genoeg er in zit)

 

Afmetingen: 22 x 22 x 12.4 mm
Input voltage: 5 Volt

Montage richting:  Verticaal (b.v. tegen zijkant frame met bedrading horizontaal).
Gewicht: 8 gram

 

 

Een kort vergelijk tussen de Gyro's:

 

  
 

Wat als eerste opvalt is de prijs.
De GY401 kost c.a. 140 euro, de E-sky nog geen 30 euro en de KDS 800 tussen de 35 en 45 euro.
Wat nog meer opvalt is het volgende:
De gyro's moeten na het inschakelen even niet bewogen worden tijdens het initialiseren zodat ze hun actuele positie vast kunnen leggen.

Dit word dan bij alle met een led indicatie aangegeven.

Hierna zijn ze operationeel.
In heading-stand staat de GY401 na het aanzetten stil, de E-sky staat ook redelijk stil maar dat pas na een opwarmtijd van c.a. 2 minuten.
Je kan dit versnellen door de heckservo enkele malen heen en weer te bewegen zodat er stroom loopt door de gyro en hij sneller opwarmt.
De KDS staat ook meteen stil.
Het verschil zit in de eigen nulpunt instelling die de GY401 en KDS800 van zichzelf hebben  (in de gyro) en de E-sky maakt gebruik van de nul instelling van de zender.
De veroorzaakte drift bij de E-Sky wordt veroorzaakt door temperatuur stijging in de electronica.
De E-sky heeft wel een inwendige temperatuurcompensatie maar dit is niet instaat zijn nul instelling gelijk te houden met zender instelling.
Je kan dus in de heading-lock stand wel met de trim van de zender de drift weg trimmen.
Dit heeft echter tot nadeel dat je als je de gyro via de zender overschakelt naar de normaal stand je de trim niet kan gebruiken om de staart afwijking weg te trimmen omdat anders de heading-lock stand dan weer niet meer bruikbaar is.
Dit kan dus wel met de GY401 en KDS800 omdat deze nul punten onafhankelijk van elkaar zijn.

De snelheid van de E-sky gyro is voldoende.
De voorlopige conclusie is dat de E-sky wel bruikbaar is, maar je dat je dan het beste kan kiezen in welke modus je hem gaat gebruiken.
Dus of in de normaal stand, of in de lockstand, maar niet beide standen door elkaar zoals sommigen dat doen.
Voor de beginner kan het best gekozen worden voor de heading lock stand en de zender trim gebruikt worden om het weg driften van de staart stuurbus te compenseren.
Voor wie deze afwijkingen voor lief neemt is de E-sky gyro denk ik een alternatief met een lage prijs.
Door het kleinere gewicht (8 gram) kan deze gyro misschien een weloverwogen keuze zijn op een kleine lichte heli.
Doe het gewicht niet mee, dan vormt de KDS800 een beter alternatief.
Wil je echter kiezen voor de beste met garantie en kwaliteit en speelt het geld niet zo'n grote rol zou ik de GY401 kiezen omdat deze erg stabiel is ,degelijk over komt en al een veelvuldig beproefde gyro is met uitstekende resultaten.

 

Andere gyro's:

Afhankelijk van het merk en type zie je ook andere instelmogelijkheden en aansluitingen.
In het het voorbeeld hierboven is een gyro weergegeven waarbij je de gevoeligheid en het bereik op de gyro instelt.

Er loopt een draad vanaf de gyro die in het kanaal van de ontvanger gaat wat voor de staartaansturing bedoeld is.
De servo stekker zit rechtstreeks in de gyro.
Als er verder niets vermeld wordt op zo'n gyro heb je meestal te maken met een gyro die alleen de "Normal" mode bezit.

Link naar hoofdpagina

Wordt natuurlijk vervolgd !