莊元杰 陸彥輝 衣鵬

摘 要：飛艇是一種古老而原理相對(duì)簡(jiǎn)單的浮空飛行器，相比于飛機(jī)等重于空氣的飛行器，在滯空時(shí)間和成本上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文所介紹的簡(jiǎn)易遙控飛艇，借助于簡(jiǎn)單的光電控制電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)追光飛行，適合航模和電子愛(ài)好者入門制作。在學(xué)習(xí)掌握之后，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改造，還可具備更加豐富的功能。

關(guān)鍵詞：飛行器；遙控；光電

本文介紹的是一種依靠簡(jiǎn)單光電遙控設(shè)備的自制浮空飛行器，它沒(méi)有遙測(cè)設(shè)備，也沒(méi)有自動(dòng)控制系統(tǒng)，僅用一套簡(jiǎn)單的電路來(lái)跟蹤光源運(yùn)動(dòng)。無(wú)光照射時(shí)，它懸浮在空中靜止不動(dòng)。有光照射時(shí)，它開(kāi)始轉(zhuǎn)向，自動(dòng)尋找光源，并朝光源運(yùn)動(dòng)。只要用光源照射它，不論走到哪里，它都會(huì)像被無(wú)形的繩子“牽”著一樣跟著操作者。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)基本參考?xì)v史上著名的“齊柏林”型硬殼飛艇，外形酷似一拉長(zhǎng)的雪茄煙，內(nèi)充氫氣作為提供浮力的介質(zhì)。其氣囊容積為1m3時(shí)，可攜帶約100g的有效載荷（包含自身結(jié)構(gòu)重量、電源、動(dòng)力等，應(yīng)嚴(yán)格控制飛艇“死重”）。艇身下部吊艙內(nèi)裝有控制電路，駕駛艙正前方及底部開(kāi)有接收外界光信號(hào)的觀察窗。2臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電源分別安裝在艇后部?jī)蓚?cè)的動(dòng)力艙內(nèi)，用螺旋槳葉驅(qū)動(dòng)前進(jìn)及轉(zhuǎn)向。

控制電路即內(nèi)部機(jī)芯由左右光電管、遮光片、電路板等主要部件組成，制作者可自行靈活設(shè)計(jì)，應(yīng)注意保持艇體配重平衡，避免發(fā)生橫縱傾斜。

2 電路原理

電路圖中，G1、G2和G3是高靈敏度光電管，RP1、RP2和RP3是20k微調(diào)電阻，V1、V2和V3是9014型三極管，J1、J2和J3是6V繼電器，M1、M2和M3是電動(dòng)機(jī)（因原理完全一致，只畫出左側(cè)光電管的電路）。上述元件包括電動(dòng)機(jī)均可購(gòu)買成品，電路板可用覆銅板腐蝕制成，在此不作贅述。

整個(gè)電路用6V電源供電，其中G1、RP1、V1和J1構(gòu)成左光電控制電路，G2、RP2、V2和J2構(gòu)成底光電控制電路，G3、RP3、V3和J3構(gòu)成右光電控制電路。

當(dāng)光照射到左光電管J1時(shí)，其內(nèi)阻降低，經(jīng)過(guò)三極管V1放大，驅(qū)動(dòng)繼電器J1，使其常開(kāi)觸點(diǎn)J1-1閉合，6V電源流過(guò)右電機(jī)M2，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，飛艇受到左轉(zhuǎn)力矩向左行駛。

同理，當(dāng)光照射到右側(cè)光電管G2時(shí)，繼電器J3的常開(kāi)觸點(diǎn)J3-1閉合，左電機(jī)M1轉(zhuǎn)動(dòng)，飛艇右轉(zhuǎn)。光同時(shí)照到左、右側(cè)觀察窗內(nèi)的光電管時(shí)，兩部電機(jī)同時(shí)工作，飛艇直線行駛，這便是其遙控原理。

底光控制電路給飛艇增加了尋找光源的功能。當(dāng)飛艇過(guò)頂或背對(duì)操作者時(shí)，用光照射不到它的前窗，也就無(wú)法照到左、右光電管，這時(shí)可照射底窗。底光電管G2受光照射時(shí)，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)J2-1閉合，接通右電機(jī)M2，使飛艇向左小半徑轉(zhuǎn)圈。當(dāng)前窗面向時(shí)，照射前窗，飛艇便向操控者駛來(lái)。

調(diào)節(jié)微調(diào)電阻RP1、RP2和RP3，可分別調(diào)節(jié)左、底和右光電控制電路的光照靈敏度。

3 安裝調(diào)試

下面簡(jiǎn)述調(diào)試程序，首先調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)和行駛機(jī)構(gòu)，將左右電機(jī)用細(xì)軟導(dǎo)線引出，將整套機(jī)芯置卸下，在外部用電源反復(fù)接通左右和雙電機(jī)，直到控制可靠、行駛自如為止。

接下來(lái)調(diào)整光電控制電路，將電機(jī)和光電控制電路按圖示連接好，將機(jī)芯拿在手上，用手電筒分別照射各光電觀察窗，看電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否符合控制要求，如轉(zhuǎn)動(dòng)不正常，可調(diào)節(jié)微調(diào)電阻，改變光電控制靈敏度，直至滿足性能為止。

本飛艇用手電筒的可靠控制距離為2m左右，如要增加控制距離，可選擇更亮的強(qiáng)光手電或?qū)⒐怆娍刂齐娐分腥龢O管換成達(dá)林頓管，并可增加具備曳光及裝飾功能的LED等。氣囊灌裝氫氣時(shí)應(yīng)注意安全，防止被電機(jī)電刷火花引爆。（附：控制部分電路圖）