Свободный полет — это сегмент авиамоделирования, включающий самолеты без активного внешнего управления после запуска. Свободный полет — это изначальная форма любительского авиамоделирования, где целью соревнований является постройка и запуск самоуправляемого самолета, который будет последовательно достигать наибольшей продолжительности полета в ходе нескольких раундов соревнований в различных параметрах класса.
Суть свободного полета заключается в том, что самолету не требуется внешнее управление, например, по радио. Самолеты этого типа летают уже более двух столетий. Они спроектированы так, чтобы быть изначально устойчивыми в полете; если их потревожит порыв ветра или тепловой поток, они автоматически вернутся в устойчивый полет. Их устойчивость достигается за счет сочетания конструкции и балансировки, - соотношения между центром тяжести, углом атаки крыла и хвостового оперения и установкой руля направления.
Благодаря гораздо меньшей нагрузке на крыло , свободнолетающие самолеты летают гораздо медленнее, чем радиоуправляемые самолеты с двигателем , которые многие люди в первую очередь вспоминают, когда говорят «модель самолета». Большинство из них скользят со скоростью, чуть большей, чем скорость пешехода, и лишь немногие весят более 500 граммов.
Обычно единственной целью соревнований по свободному полету является продолжительность полета , а одним из увлекательных и сложных моментов этого вида спорта является проектирование максимально эффективного самолета в рамках различных ограничений соревнований по таким параметрам, как минимальный вес, максимальная площадь крыла и движущая сила.
Модели свободного полета можно разделить на четыре категории: [1]
При соревновательных полетах обычной целью является максимальная продолжительность полета. В случае моделей, запускаемых на открытом воздухе, модельер пытается запустить модель в возникающий столб воздуха, термический поток . Эти модели для свободного полета на открытом воздухе, как правило, проектируются для двух совершенно разных режимов полета: быстрый подъем под действием двигателя или буксировки и медленное скольжение при кружении с минимальной скоростью падения. Большая часть проблем при проектировании и управлении этими моделями заключается в поддержании аэродинамической устойчивости в обоих режимах и плавном переходе между ними. Современные модели используют механические или электронные таймеры для перемещения поверхностей управления в заданное время. Обнаружение термического потока, в который следует запускать, имеет жизненно важное значение и может включать несколько методов, начиная от радиотелеметрических измерений температуры и скорости ветра, нанесенных на диаграммный самописец, и заканчивая майларовыми лентами или мыльными пузырями для визуализации поднимающегося воздуха.
Соревнования обычно включают до семи раундов в течение дня, каждый из которых летит на максимальное время полета, которое трудно достичь без тепловой помощи. Автоматический бортовой переключатель времени нарушает балансировку самолета, когда достигается «максимум», чтобы безопасно и быстро посадить самолет. Обнаружение и восстановление самолета для дальнейших полетов является важной частью свободного полета. Многие самолеты оснащены радиолокационными маяками, и летчики будут использовать GPS, бинокль, компас и направленный радиоприемник слежения, чтобы помочь им. Дневной полет и поиск могут включать в себя 20 миль (32 км) или около того пешком или на велосипеде, в зависимости от силы ветра.
Модели, используемые в помещении, не зависят от восходящих потоков воздуха, но они должны быть спроектированы для обеспечения максимальной эффективности полета из-за ограниченного количества энергии, запасенной в резине или источнике электроэнергии.
В каждой категории есть разные классы. Обычно есть класс чемпионата мира Fédération Aéronautique Internationale (FAI), так называемый мини- класс, открытый класс и, возможно, любое количество национальных или неофициальных классов, для которых могут проводиться региональные или национальные соревнования. В кодах классификации соревнований, установленных FAI, свободнолетающая авиамодель получает общий код F1, где «F» обозначает летающую модель самолета в целом, а «1» обозначает специально свободнолетающие модели.
Планеры не имеют бортовой движущей силы. Единственными источниками энергии являются запуск и восходящий поток воздуха, с которым они сталкиваются во время полета. Во время запуска многие планеры выдерживают 60G или более (гораздо больше, чем нагрузка на любой пилотируемый самолет) и имеют скорость запуска иногда более 140 км/ч, где эта энергия преобразуется в высоту; это стало возможным только с появлением композитных материалов, таких как углерод (графит), стекловолокно и кевлар, которые широко используются во многих их конструкциях.
Класс планера FAI — F1A, также известный как A/2 или Nordic glider. Модель должна иметь проекционную площадь (крыло и стабилизатор) от 32 до 34 дм 2 и минимальный вес 410 г. Запуск осуществляется с помощью ручной буксировки с использованием буксировочного троса длиной 50 м, аналогично буксировке воздушного змея. Во время фазы буксировки планером можно управлять, позволяя ему скользить по узким кругам, а затем буксируя его против ветра. Как только принято решение о запуске модели, спортсмен бежит, чтобы модель набрала скорость. Когда модель достигает максимальной скорости над головой, буксировочный трос отпускается, и механизм освобождает буксировочный трос от модели, которая затем запускает заранее запрограммированную схему для преобразования скорости в высоту. Современные планеры F1A иногда могут набирать до 80 метров дополнительной высоты. Класс мини-планера — A/1 (F1H). Планеры A/1 должны иметь общую площадь менее 18 дм 2 и весить не менее 220 г. Открытые соревнования по планеризму проводятся редко, и большинство участников таких соревнований используют планеры F1A. Другие классы планеров включают планеры с магнитным управлением (F1E) — по сути, класс парящих планеров со свободным полетом, и планеры с ручным запуском (обычно сокращенно HLG, а также широко известные как просто планеры с патроном). HLG — это небольшие модели, которые запускаются с ровной земли просто путем сильного броска. Это одна из самых атлетичных дисциплин свободного полета.
Модели с резиновым двигателем приводятся в действие накопленной энергией скрученного эластичного материала. Они варьируются от простых игрушек с приводом от резиновой ленты, доступных во многих магазинах игрушек, до открытого класса резиновых, примеры которых часто используют 200 г резины в своем «двигателе». Резина не производит постоянную выходную мощность; при полной заводке резиновый двигатель производит свой максимальный крутящий момент, но он сначала быстро падает перед «плато», наконец, снова снижаясь, после чего пропеллер останавливается. Эффективное использование этого начального рывка имеет жизненно важное значение, и здесь помогают автоматические пропеллеры с изменяемым шагом, вместе с управляемыми таймером изменениями угла атаки крыла и хвостового оперения и настройки руля направления. В конце силового забега лопасти складываются назад вдоль фюзеляжа, чтобы минимизировать сопротивление во время скольжения.
Класс резины FAI — F1B, также известный как Wakefield. Чарльз Деннис Рашинг написал об истории Кубка Уэйкфилда. [2] Модели F1B могут иметь максимум 30 г резинового двигателя, а пустой вес планера должен быть не менее 200 г. Максимальная общая площадь модели должна быть менее 19 дм 2 . Класс мини-резины — Coupe d'Hiver (также известный как F1G). Модели «купе» не имеют ограничений по площади. Максимально допустимый вес резины составляет 10 г, а минимальный пустой вес планера — 70 г. . Открытая резина — популярное мероприятие, в котором участвуют большие модели с огромным количеством резины, втиснутой в них. Открытые модели часто имеют 50% своего летного веса, состоящего из резины.
F1D (см. #Indoor ниже) — это класс изящных, легких, медленно летающих, длительных (более 30 минут) самолетов с резиномоторной системой, предназначенных для полетов в больших закрытых помещениях.
P-30 — это обычное мероприятие для новичков. P-30 должен использовать немодифицированный коммерчески доступный пластиковый пропеллер. P-30 имеет максимальный размах крыльев и общую длину 30 дюймов (76,2 см), и использует максимум 10 г резины. Пустой планер должен весить не менее 40 г.
Конкурс Wright Stuff в Science OIympiad также очень популярен. Правила и ограничения по размерам меняются каждый год, но многие известные летчики, такие как Бретт Санборн, начинали в Science Olympiad. Самолеты для этого конкурса обычно состоят из бальзовой рамы с покрытым майларом крылом и коммерчески доступным пропеллером фиксированного шага. Резиновый двигатель обычно наматывается с помощью намоточного станка 15:1.
Наиболее известные модели для начинающих с резиновым двигателем — это AMA Cub (также известный в США как «AMA Delta Dart»), Denny Dart, Canarsie Canarie и Squirrel. Они обычно используются в мастерских или новичками для обучения строительству и полетам.
Белка, разработанная Дарси Уайтом, самая простая в сборке. Бесплатные чертежи доступны для скачивания для Белки.
Самая маленькая модель самолета с резиновым двигателем была построена в 1931 году учеником средней школы в Филадельфии, ее называли Летающая блоха . Она была длиной один с четвертью дюйма и могла оставаться в воздухе около одной минуты. [3]
Модели Power — это те, у которых на борту имеется источник питания, который не является резиновым двигателем. Часто это двигатель внутреннего сгорания, и время работы двигателя ограничено, как правило, всего пятью секундами. Проектирование самолета, который поднимается как можно выше с минимальным сопротивлением при низком коэффициенте подъемной силы, но затем должен преобразоваться в медленно летящий планер, является уникальной задачей в авиации. Однако в эту категорию также входят двигатели на сжатом газе и электроэнергия. Класс мощности FAI — F1C. Модели F1C оснащены двигателем внутреннего сгорания объемом до 2,5 куб. см и должны весить не менее 300 г на 1 куб. см (т. е. минимальный вес модели с двигателем 2,5 куб. см составляет 750 г). Эти двигатели обычно изготавливаются на заказ для оптимальной выходной мощности и часто выдают 1 л. с. (0,75 кВт) при более чем 30 000 об./мин . Многие модели F1C оснащены складными крыльями, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление во время фазы набора высоты.
Другой тип свободнолетающих моделей с двигателем — CO2 ( его категория FAI — F1K). Эти модели летают с использованием небольшого двигателя, работающего на углекислом газе. Эти модели очень легкие. Количество CO2 ограничено 2 см3 , что достаточно примерно для 2 минут полета.
Другой популярный класс свободного полета — категория FAI F1J, которая похожа на F1C, однако двигатели имеют рабочий объем 1 куб. см или меньше. [4] Эти модели используют двигатели, такие как Profi, и другие специализированные двигатели, произведенные в России и Европе.
Спортсмены, летающие в свободном полете, также используют небольшие двигатели внутреннего сгорания и все чаще используют масштабные модели свободного полета, работающие на электродвигателях.
Как следует из названия, комнатные модели предназначены для полетов в помещении. Эти модели обычно очень легкие, поскольку им не нужно выдерживать внешние погодные условия.
Существует несколько классов моделей свободного полета в помещении. Некоторые из них являются масштабными репродукциями, но другие предназначены исключительно для максимально длительного полета. Эти модели хронометрируются секундомером.
FAI является международным органом по организации всех видов воздушного спорта во всем мире, включая авиамоделирование. FAI санкционирует проведение чемпионатов мира и Европы для максимального класса продолжительности полета в помещении, обозначенного как F1D. Модели F1D должны иметь минимальный вес 1,4 грамма и максимальный размах крыла 55 см. Эти модели изготавливаются из легких бальзовых листов и полос, борной нити, углеродного волокна и прозрачного покрытия из пластиковой пленки толщиной менее 0,5 микрометра. Модели приводятся в действие 0,4 грамма резины в одной петле длиной около 9,0 дюймов, которую можно намотать примерно на 1500 оборотов. Средняя скорость вращения пропеллера во время полета составляет менее 50, и эти модели летают со скоростью ниже скорости пешехода. Для моделей F1D требуется большое пространство, например, спортивный зал, ангар для самолетов или дирижаблей , при этом знаменитый атриум отеля West Baden Springs ранее использовался для соревнований по свободному полету в помещении в Соединенных Штатах, а в Румынии есть даже соляная шахта на глубине 400 футов (120 м) под землей, в которой несколько раз проводились чемпионаты мира FAI F1D. Время одного полета приближается к сорока минутам.
Хотя большинство других моделей самолетов для помещений также работают на резиновых двигателях, планеры и самолеты, работающие на сжатом газе или электрических батареях, также летают в помещении. Некоторые классы сосредоточены на масштабных или полумасштабных копиях самолетов, перевозящих людей. Другие представляют собой необычные конфигурации полета, такие как орнитоптеры, вертолеты или автожиры.
Моделирование в помещении существует уже около столетия. Историю моделирования в помещении можно найти здесь. [5]
Санкционированные в Соединенных Штатах Обществом антикварных моделистов [1] и растущим числом отделений организации "SAM" по всему миру (а также аналогичными национальными клубами в некоторых странах) так называемые "старые" свободнолетающие модели самолетов, которые могут быть планерами, моделями с резиновым или моторным приводом, являются пригодными для полетов репродукциями конструкций свободнолетающих моделей самолетов, которые, как правило, возникли в любой точке мира, в любое время до начала участия США во Второй мировой войне в 1941-42 годах. Масштабирование размера (увеличение или уменьшение) этих конструкций разрешено для большинства типов мероприятий в соревнованиях SAM, при этом существует несколько специализированных категорий для моделей-репродукционов, которые требуют, чтобы модели были построены только в их оригинальном размере.
В Соединенном Королевстве модели, построенные по чертежам или наборам, опубликованным до января 1951 года, классифицируются как винтажные, а те, что были выпущены позже, но до 1960 года, классифицируются как классические. Джим Арнотт держит Winding Boy, классическую резиновую модель, разработанную Урланом Ваннопом.
Низкотемпературные, приятные соревнования для этих моделей обычно следуют современным форматам соревнований, со специальными категориями для этих ранних моделей, которые воссоздают соревнования по моделированию самолетов, которые фактически проводились до Второй мировой войны, и даже движение "олдтаймеров" серьезно начало охватывать электрические версии конструкций, изначально построенных для двухтактных бензиновых двигателей свободного полета до Второй мировой войны. Фактические винтажные бензиновые двигатели до Второй мировой войны или их подлинно рабочие копии даже используются в некоторых конструкциях с двигателем, и существует значительный интерес к так называемым "RC Assist" старым моделям свободного полета в организации SAM, которая берет конструкции с двигателем той эпохи, приводит их в действие более современными двух- и четырехтактными калильными двигателями или бесщеточными электродвигателями , и добавляет управление рулем направления, рулем высоты и двигателем с передатчика радиоуправления, как это делается в обычном хобби RC .
Технические характеристики, правила соревнований и рекомендации по свободному полету старых самолетов доступны на сайте организации SAM в Интернете. [2]
Резиновые масштабные модели копируют полномасштабные самолеты. Масштабная документация используется на соревнованиях для проверки точности и соответствия модели смоделированному полномасштабному самолету.
Большинство резиновых масштабных моделей имеют размах крыльев от 20 до 30 дюймов. Исключения составляют модели класса "Peanut Scale" с максимальным размахом крыльев 13 дюймов и модели класса "Jumbo Scale" с размахом крыльев 36 дюймов и более. Модели приводятся в действие петлями из резины, подобранными под вес модели, а также диаметр и шаг пропеллера. Длина петель часто вдвое превышает длину фюзеляжа модели. Продолжительность полета масштабной модели значительно увеличивается из-за количества витков, которые можно сделать на такой длинной петле из резины с несколькими нитями. Используется механическая намотка, и резина растягивается до пятикратной первоначальной длины, чтобы обеспечить максимальный намот на двигателе. В полете эти модели выглядят так же, как настоящие. Не хватает только шума двигателя в оригинальном самолете. Эксперты могут создавать захватывающие полеты на самых разных моделях — от малоизвестных конструкций, таких как оригинал братьев Райт и переправочный самолет Блерио через Ла-Манш, до уникальных самодельных самолетов времен Великой депрессии и современных экспериментальных самолетов.
