Osvětlení modelu s LED
Komu by se chtělo za vlahého letního večera z letiště, když jediná věc bránící létání je nastupující soumrak? Zatím co ostatní už mají sbaleno, nastává chvíle jak stvořená pro klidné polétání s polomaketou nějakého pěkného letadla s pozičními světly. Článek nabízí námět jak na to.
Volba LED
Svítivé diody (Light Emiting Diode – LED) jsou dnes již běžnou součástí našeho života. Jsou dostupné v mnoha provedeních v prodejnách s elektronickými součástkami. Běžné nejlevnější LED nejsou pro osvětlení modelu příliš vhodné, takzvané „vysokosvítivé“ LED s čirým pouzdrem dosahují vysoké svítivosti díky koncentraci vyzařovaného světla do úzkého kužele, jehož šířka obvykle dosahuje jen několika málo desítek úhlových stupňů. Taková dioda by nám na letícím modelu moc nepomohla, její světlo by bylo vidět jen při určité poloze modelu vůči pilotovi. Obyčejné LED s matným pouzdrem rozptylujícím světlo zase nedosahují potřebné intenzity světla.
Řešení nabízí výkonové LED. Sice nestojí dvoukorunu, ale zato dosahují dostatečné svítivosti pro naše využití. Pro model s rozpětím 1,5 – 2m bohatě stačí LED s výkonem 1W. Běžné LED snesou proud v řádu desítek mA, 1W LED snese podle typu proud přes 200mA s dodatečným chlazením (například umístěním LED na hliníkový plech o ploše několika cm2). LED má ale naprosto dostatečnou svítivost i při nižším proudu, empiricky mám ověřeno napájení LED proudem 120mA bez nutnosti dodatečného chlazení.
 |
Výkonová 1W LED Luxeon, pouzdro s rovnoměrným vyzařováním světla v úhlu cca 110°. Foto v nadživotní velikosti, černá část pouzdra má ve skutečnosti průměr 8 mm. |
 |
Pohled na pouzdro z boku. LED s širokým vyzařovacím úhlem poznáte podle kulaté čočky. Jiný typ pouzdra nahoře sploštělý mají LED s vyzařovacím úhlem cca 60°, které jsou určené pro použití s dodatečnou optikou, pro použití v modelech nejsou moc vhodné. |
 |
Spodní strana pouzdra s kovovou plochou, která slouží k odvodu tepla. Pro využití maximálního povoleného proudu je nutno LED umístit touto plochou na vhodný chladič (dobře tepelně vodivý hliníkový plech nebo profil), pro snížení tepelného přechodového odporu je nutné použít silikonovou teplovodivou pastu. Pro proudy do cca 120mA není dodatečné chlazení potřebné. |
 |
Jiný typ pouzdra s maximem vyzařování světla do stran, téměř 180°. Výborné využití pro světla na vrchu nebo spodku trupu (bílé blikající apod.), bude dobře vidět z boku. |
Jednoduché řešení
LED v tomto pouzdře je samozřejmě poměrně zranitelná a upřímně řečeno, nevypadá ani moc „maketově“, bude tedy potřebné vyrobit vhodný kryt. Zde jsou náměty jak na to:
Nejjednodušší a nejrychlejší řešení je použít nějaký vhodný kryt již existující. Při mých prvních pokusech s „bublinolety“ mě napadlo použití čirého pouzdra obyčejné 10mm LED. Protože z ní použijeme jen pouzdro, nezáleží na barvě ani svítivosti, prostě použijeme tu nejlevnější (v ceně několika málo korun). Pouzdro je z čiré zalévací hmoty, která se velmi snadno opracovává broušením. Vrchlík pouzdra jsem odřízl pomocí brusného kotoučku („miniflexka“) ze sady Dremel v místě kde končí samotný systém LED. Do vrchlíku jsem vybrousil diamantovou kulovou frézkou z téže sady zahloubení pro výkonovou LED. Zdrsnění vnitřního povrchu otvoru výborně poslouží k rozptylu světla. Vybroušený vrchlík jsem potom přilepil dvousložkovým lepidlem na výkonovou LED – zde je nutné použít skutečně jen nezbytné množství lepidla, aby epoxyd nenavzlínal po vybroušeném povrchu, protože by vytvořil nevzhledné skvrny viditelné z vnějšku. Takhle to celé vypadá:
 |
Obyčejná 10mm LED poslouží jako polotovar pro výrobu krytu. |
 |
Odříznutý a vybroušený vrchlík. |
 |
Umístění krytu na výkonovou LED. |
Výroba svítidla
Pro stavbu dalšího modelu jsem hledal lepší řešení, moje představa byla zapustit poziční světla do koncového oblouku křídla. Myšlenka snadná, realizace již horší. Rozhodl jsem se vytvarovat model budoucího svítidla z vosku – rozpustil jsem kus obyčejné svíčky, do vosku jsem přidal kapku terpentýnového oleje (tohle je zkušenost z dávného dětství z výtvarného kroužku, terpentýn vosk změkčí a usnadní jeho opracování), kousek vosku jsem vytvaroval do hrubého tvaru na místo, kam bude svítidlo v konstrukci křídla umístěno. Do přesného tvaru jsem vosk oškrábal břitem lámacího nože a následně uhladil prstem s kapkou terpentýnu.
Forma na odlitek
Pro výrobu negativní formy na odlévání jsem zvolil nejobyčejnější dvousložkový silikonový tmel Lukopren N1522. Tmel je pro tyto účely přímo určený, formu není nutno jakkoli separovat protože nemá k běžně používaným materiálům adhezi. Voskové modely svítidel jsem umístil do vhodné krabičky (posloužil šuplík ze skříňky MARS, stejně dobře poslouží kelímek od jogurtu nebo cokoli podobného). Po namíchání zalévacího tmelu je vhodné dostat z něj vzduchové bubliny, které by mohly narušovat povrch formy. Já jsem k tomuto účelu uzmul tchýni takový ten předražený krám k vakuovému uchování potravin, misku s namíchaným tmelem jsem vložil do nádoby a odsál na několik minut vzduch. Bubliny vybublaly (pozor, použijte větší nádobku na rozmíchání tmelu, jinak při vakuování díky rozpínajícím se bublinám přeteče), formu jsem zaléval krásně homogenním tmelem. Po zalití jsem formu opět několik minut vakuoval. Po vytvrzení tmelu se forma i voskový model odlitku velmi snadno vyloupne. Získaná negativní forma velmi přesně kopíruje model včetně sebemenších nedokonalostí.
Odlévání
Dlouho jsem hledal vhodnou hmotu na odlévání svítidla. Zkoušel jsem co jsem našel doma – laminovací soupravu Letoxit i Dentacryl, ani v jednom případě jsem však i přes použití vakuování nedospěl k esteticky použitelnému výsledku. Vždy tam prostě byla spousta vzduchových bublin a odlitek byl vyloženě hnusný. Pátrání po internetu sice přineslo výsledky, ale dát 1600 Kč za dvoukilové průmyslové balení se mi kvůli dvěma světýlkům opravdu investovat nechtělo. Nakonec jsem náhodou narazil na rozumné balení v prodejně výtvarných potřeb. Hmota se jmenuje „Křišťálová pryskyřice“, balení 300g stojí něco okolo 400 Kč, pro naše účely vydrží dlouho. Jde o dvousložkovou epoxydovou pryskyřici s dobou vytvrzování 24h, nezůstane v ní ani bublinka vzduchu i bez vakuování. Vytvrzená hmota je dokonale čirá, povrch ale kopíruje formu do sebemenší nedokonalosti. Na výrobu svítidla to nevadí, drobné nepřesnosti zmizí při finálním zabroušení jemným smirkovým papírem. Matný povrch po broušení dobře rozptyluje světlo, na pozičky je to naopak výhoda protože budou lépe vidět i ze strany.
Po vybroušení povrchu jsem použil opět diamantové frézky – válcovou a kulovou – ze sady Dremel. Do odlitku jsem vybrousil otvor pro umístění LED.
Do vybroušeného otvoru je vložena LED, zajištěna proti pohybu je trochou tepelného lepidla.
Výsledek:
A je skoro hotovo. Svítidla jsou připravena k nalepení do křídla. Pro zajímavost – obě LED mají shodnou udávanou svítivost. Rozdílný jas obou LED na fotografii je způsobený nastavením vyvážení bílé barvy a vlivem spektra umělého osvětlení – fotka je ve skutečnosti podexponovaná, pořízená na luxusně osvětleném pracovním stole s bleskem. Při pohledu lidským zrakem je zelená LED naopak výrazně jasnější než červená, to je způsobeno spektrální citlivostí sítnice, lidské oko je mnohem citlivější na zelenou barvu než na červenou.
Teď už nezbývá, než dokončit potah křídla, osazení modelu a doufat v brzký příchod jara.
Zapojení LED
LED nelze zapojit ke zdroji napětí přímo jako žárovku, jde o polovodičovou součástku s VA charakteristikou diody. Proud PN přechodem od určité hodnoty napětí velmi strmě roste, bez omezení proudu by došlo k velmi rychlé destrukci přechodu a tím i konci života LED. K napájení LED z baterií je nutné vhodným způsobem omezit proud tekoucí LED, nejjednodušší způsob je zařadit do série s diodou rezistor. Jeho velikost vypočteme z Ohmova zákona: R = (Ubaterie – Uf)/I, kde Uf je napětí na LED v propustném směru (je dáno strukturou přechodu, pro červenou LED necelé 2V, pro jiné barvy LED se pohybuje okolo 3V, přesná hodnota je uvedena v datasheetu konkrétního typu LED, pro naše účely stačí tyto přibližné hodnoty), I je proud LED (pro tuto konkrétní aplikaci volíme 120 mA). Pro trvale svítící pozičky jako je levé a pravé křídlo je výhodné řadit LED do série, v tom případě do vzorce dosadíme součet Uf takto řazených diod. Výkon přeměněný v předřadném odporu v teplo bude v tomto zapojení výrazně nižší. Rezistor je nutné dimenzovat na výkon, který musí přeměnit v teplo, použijeme nejbližší vyšší vyráběnou hodnotu. Ztrátový výkon vypočteme ze vztahu P = R.I^2 (odpor x druhá mocnina proudu). Další možnost je použít proudový zdroj – stabilizátor proudu.
Nabízí se spousta variant jak zapojit poziční světla, například použít RC spínač a světla ovládat volným kanálem vysílače. Neomezené možnosti nabízí využití jednočipového mikrokontroléru (MCU), vhodným naprogramováním lze dosáhnout různých způsobů blikání (používám například pro bílé světlo na kýlovce SOP a rudé na spodku trupu postupné bliknutí jasným světlem, přičemž mezi bliknutími LEDka svítí menší intenzitou – dosaženo pulsně šířkovou modulací sepnutí LED), zapnutí světel je ovládáno přímo PPM signálem na jednom vstupu MCU, Analogově/digitální převodník v MCU je možné použít na měření napětí pohonného akumulátoru, při poklesu pod nastavenou úroveň může blikání poziček informovat pilota o nutnosti urychleného přistání atd.
Tipy na nákup výkonových LED
Nejširší sortiment výkonových LED najdete v současné době v GM Electronic . Při nákupu je dobré podívat se na parametry jednotlivých typů, kromě rozdílů v ceně jsou docela zásadní rozdíly ve svítivosti (některé „neznačkové“ typy se kromě třetinové ceny vyznačují i třetinovou svítivostí při stejném proudu). Zajímavé možnosti nabízí nákup v dalekém zahraničí přes internet, například na Dealextreme se dají pořídit bílé LED za zlomek ceny u nás včetně poštovného z Hongkongu, bohužel tam mají velmi omezený sortiment v jiných barvách.
