Введение

Свободный полет – это раздел авиамоделирования, включающий в себя модели самолетов, не имеющие активного внешнего управления после запуска. Свободный полет – это изначальная форма авиамодельного хобби, в котором соревновательная задача заключается в создании и запуске самолета с автоматическим управлением, способного стабильно демонстрировать максимальную продолжительность полета в течение нескольких соревновательных раундов, соответствующих различным классным требованиям.

Описание

Суть свободного полета заключается в том, что самолетам не требуется внешнее управление, например, посредством радиосвязи. Самолеты такого типа летают уже более двух столетий. Они спроектированы таким образом, чтобы быть устойчивыми в полете; если их отклоняет порыв ветра или восходящий поток, они автоматически возвращаются к стабильному режиму. Их устойчивость достигается благодаря сочетанию конструкции и балансировки, а также взаимосвязи между центром тяжести, углом установки крыла и хвостового оперения, и положением руля направления. Благодаря значительно меньшей нагрузке на крыло, самолеты свободного полета летают гораздо медленнее, чем радиоуправляемые модели с двигателем, о которых часто вспоминают, когда речь заходит о модельном авиастроении. Большинство из них планируют со скоростью не выше скорости ходьбы, и лишь немногие весят больше 500 граммов. Как правило, единственной целью соревнований по свободному полету является максимальная продолжительность полета, и одним из очарований и вызовов этого вида спорта является проектирование наиболее эффективного самолета в рамках различных соревновательных ограничений на такие параметры, как минимальный вес, максимальная площадь крыла и тяга.

Планеры

У планеров нет собственного движителя. Единственными источниками энергии являются запуск и восходящие потоки воздуха, встречающиеся в полете. Во время запуска многие планеры выдерживают 60G и более (значительно больше, чем перегрузка, испытываемая пилотируемыми самолетами) и достигают скорости запуска, иногда превышающей 140 км/ч, при этом эта энергия преобразуется в высоту; это стало возможным благодаря появлению композитных материалов, таких как углерод (графит), стекловолокно и кевлар, которые широко используются в их конструкции. Класс планеров FAI – F1A, также известный как A/2 или скандинавский планер. Модель должна иметь проекционную площадь (крыла и стабилизатора) от 32 до 34 дм², а минимальный вес – 410 г. Запуск осуществляется буксировкой с руки, с использованием буксировочного троса длиной 50 м, подобно подъему воздушного змея. Во время буксировки планером можно управлять, заставляя его лететь по крутым спиралям, а затем поднимая его против ветра. Как только принято решение о запуске модели, спортсмен начинает бег, чтобы придать модели скорость. Когда модель достигает максимальной скорости над головой, буксировочный трос отпускается, и механизм освобождает трос от модели, которая затем начинает выполнение предварительно запрограммированной схемы для преобразования скорости в высоту. Современные планеры F1A могут набирать до 80 метров дополнительной высоты. Класс мини-планеров – A/1 (F1H). Планеры A/1 должны иметь общую площадь менее 18 дм² и вес не менее 220 г. Открытые соревнования по планерному спорту проводятся редко, и большинство участников таких соревнований используют планеры F1A. К другим классам планеров относятся планеры с магнитным управлением (F1E) – по сути, класс свободного полета с использованием динамического парения, и планеры ручного запуска (обычно обозначаемые аббревиатурой HLG, также известные как "chuck glider"). HLG – это небольшие модели, которые запускаются с ровной земли простым броском. Это одна из наиболее атлетичных дисциплин свободного полета.

С резиновым двигателем

Модели с резиновым двигателем питаются от накопленной энергии скрученного эластичного материала. Они варьируются от простых игрушек с резиновой лентой, доступных во многих магазинах игрушек, до моделей открытого резинового класса, в которых часто используется до 200 г резины в "моторе". Резина не обеспечивает постоянную мощность; при полном намоте резиновый двигатель развивает максимальный крутящий момент, который быстро падает вначале, затем стабилизируется, а после этого снова снижается, после чего пропеллер останавливается. Эффективное использование этого первоначального импульса критически важно, и здесь помогают автоматические винты с изменяемым шагом, а также таймеры, управляющие изменением углов установки крыла и хвостового оперения, а также руля направления. В конце работы двигателя лопасти складываются вдоль фюзеляжа, чтобы минимизировать сопротивление при планировании. Класс FAI для резиновых моделей – F1B, также известный как Wakefield. Чарльз Деннис Рашинг написал историю Кубка Уэйкфилда. Модели F1B могут иметь не более 30 г резинового двигателя, а вес пустого фюзеляжа должен составлять не менее 200 г. Максимальная общая площадь модели должна быть менее 19 дм². Мини-резиновый класс – Coupe d'Hiver (также известный как F1G). Модели класса "Купе" не имеют ограничений по площади. Максимально допустимый вес резины – 10 г, а минимальный вес пустого фюзеляжа – 70 г. Открытый резиновый класс – популярное соревнование, в котором участвуют большие модели с огромным количеством резины. В открытом классе часто до 50% взлетного веса модели приходится на резину. F1D (см. раздел #Indoor ниже) – класс изящных, легких, медленно летающих, долголетающих (более 30 минут) резиномоторных самолетов, предназначенных для полетов в больших помещениях. P 30 – распространенное соревнование для начинающих. В P 30 необходимо использовать немодифицированный пластиковый пропеллер, доступный в продаже. P 30 имеет максимальный размах крыльев и общую длину 30 дюймов (76,2 см) и использует не более 10 г резины. Вес пустого фюзеляжа должен быть не менее 40 г. Конкурс The Wright Stuff в рамках Science Olympiad также очень популярен. Правила и ограничения по размерам меняются каждый год, но многие известные пилоты, такие как Бретт Санборн, начинали с Science Olympiad. Самолеты для этого соревнования обычно состоят из бальзового каркаса с крылом, обтянутым миларом, и коммерчески доступного пропеллера с фиксированным шагом. Резиновый двигатель обычно наматывается с помощью механизма с передаточным отношением 15:1. Наиболее известные модели для начинающих, работающие на резине, – AMA Cub (также известный в США как "AMA Delta Dart"), Denny Dart, Canarsie Canarie и Squirrel. Они часто используются на мастер-классах или для обучения начинающих основам конструирования и полетов. "Белку", разработанную Дарси Уайтом, проще всего построить. Бесплатные чертежи "Белки" доступны для скачивания. Самый маленький резиномоторный самолет был построен в 1931 году учеником средней школы в Филадельфии, он назывался "Flying Flea" и имел длину полтора дюйма, оставаясь в воздухе около одной минуты.

Мощность

Модели с бортовым источником питания, отличным от резиномотора. Чаще всего это двигатель внутреннего сгорания, время работы которого ограничено, как правило, до пяти секунд. Создание самолета, способного подниматься на максимальную высоту с минимальным сопротивлением при низком коэффициенте подъёмной силы, а затем переходящего в медленный полёт в режиме планера, – задача, уникальная для авиации. Однако эта категория также включает двигатели, работающие на сжатом газе, и электропривод. Класс мощности FAI – F1C. Модели F1C оснащаются двигателем внутреннего сгорания объёмом до 2,5 куб. см и должны весить не менее 300 г на 1 куб. см (то есть минимальный вес модели с двигателем 2,5 куб. см составляет 750 г). Эти двигатели обычно изготавливаются на заказ для достижения оптимальной мощности и часто развивают более 30 000 об/мин. Многие модели F1C оснащены складывающимися крыльями для минимизации аэродинамического сопротивления на этапе набора высоты. Другой тип моделей свободного полёта с двигателем – CO2 (категория FAI – F1K). Эти модели летают, используя небольшой двигатель, работающий на углекислом газе. Эти модели очень лёгкие. Количество CO2 ограничено 2 см³, чего достаточно примерно на 2 минуты полёта. Ещё один популярный класс свободного полёта – категория FAI F1J, которая аналогична F1C, однако двигатели имеют рабочий объём 1 куб. см или меньше. В этих моделях используются двигатели, такие как Profi, и другие специализированные двигатели, производимые в России и Европе. Спортсмены, занимающиеся свободным полётом, также используют небольшие двигатели внутреннего сгорания, и всё чаще – модели свободного полёта с электродвигателем, выполненные в масштабе.

В помещении

Как следует из названия, модели для полетов в помещении предназначены для использования внутри зданий. Эти модели обычно очень легкие, поскольку не должны выдерживать воздействие внешних погодных условий. Существует несколько классов моделей свободного полета в помещении. Некоторые являются точными копиями, а другие разработаны исключительно для достижения максимальной продолжительности полета. Время полета этих моделей фиксируется секундомером. FAI (Международная авиационная федерация) является международной организацией, управляющей всеми видами воздушного спорта в мире, включая авиамоделирование. FAI санкционирует чемпионаты мира и Европы в высшей категории продолжительности полета в помещении – F1D. Модели F1D должны иметь минимальный вес 1,4 грамма и максимальный размах крыльев 55 см. Они изготавливаются из легких листов и брусков бальзы, бороновых нитей, углеродного волокна и прозрачной пластиковой пленки толщиной менее 0,5 микрометра. Движение моделям обеспечивает 0,4 грамма резины, намотанной в один контур длиной около 9 дюймов, который можно скрутить примерно на 1500 витков. Средняя частота вращения пропеллера во время полета составляет менее 50 оборотов в минуту, а скорость полета этих моделей не превышает скорости ходьбы. Для моделей F1D требуется большое помещение, например спортивный зал, ангар для самолетов или дирижаблей. Знаменитый атриум отеля West Baden Springs ранее использовался для проведения соревнований по свободному полету в помещении в США, а в Румынии даже есть соляная шахта на глубине 400 футов (122 м), которая несколько раз принимала чемпионаты мира FAI по классу F1D. Время одиночного полета может достигать сорока минут. Хотя большинство других моделей для полетов в помещении также работают на резиновом двигателе, в помещениях также летают планеры и модели, приводимые в движение сжатым газом или электрическими батареями. Некоторые классы специализируются на масштабных или полумасштабных репликах пилотируемых самолетов. Другие демонстрируют необычные схемы полета, такие как орнитоптеры, вертолеты или автожиры. Авиамоделирование в помещении существует уже около ста лет. Историю моделей для полетов в помещении можно найти здесь.

Старожилы

Одобренные в Соединенных Штатах Обществом античных моделистов и растущим числом отделений организаций "SAM" по всему миру (а также аналогичными национальными клубами в некоторых странах), так называемые самолеты-модели свободного полета "Old Timer" – это летающие реплики конструкций моделей свободного полета, которые обычно возникли в любой точке мира в любое время до начала участия США во Второй мировой войне в 1941-42 годах. Эти модели могут быть планерами, резиномоторными или двигательными. В большинстве соревнований SAM допускается изменение масштаба (увеличение или уменьшение) этих конструкций, однако существуют специализированные категории для репродукционных моделей, требующие их постройки в оригинальном размере. В Соединенном Королевстве модели, построенные по чертежам или наборам, опубликованным до января 1951 года, классифицируются как винтажные, а модели, построенные позднее, но до 1960 года – как классические. Джим Арнотт держит "Winding Boy" – классическую резиномоторную модель, разработанную Урланом Ваннопом. Соревнования по этим моделям обычно проводятся в формате современных соревнований, с особыми категориями для моделей ранних конструкций, воссоздающих соревнования моделей самолетов, которые фактически проводились до Второй мировой войны. Даже движение "Old Timer" все серьезнее внедряет электрические версии конструкций, изначально предназначенных для двухтактных бензиновых двигателей довоенного свободного полета. На некоторых двигательных моделях используются оригинальные бензиновые двигатели довоенного периода или их аутентичные реплики. В организации SAM также проявляется значительный интерес к так называемым моделям свободного полета "RC Assist", в которых используются двигатели той эпохи, замененные на более современные двух- и четырехтактные двигатели с воспламенением от накала или бесщеточные электромоторы, а также добавлено управление рулем направления, рулем высоты и двигателем с помощью радиоаппаратуры, как это делается в обычном RC-хобби. Технические характеристики самолетов Old Timer, правила и рекомендации по соревнованиям доступны на сайте организации SAM.

Резина с чешуйчатым покрытием

Резиновые модели воспроизводят самолеты в натуральную величину. Документация по масштабу используется на соревнованиях для проверки точности и соответствия модели оригиналу – самолету, который она копирует. Большинство резиновых моделей имеют размах крыльев от 50 до 76 см. Исключения составляют модели класса "Peanut Scale" с максимальным размахом крыльев 33 см и модели класса "Jumbo Scale" с размахом крыльев 91 см и более. Модели приводятся в движение резиновыми петлями, подобранными по весу модели, диаметру и шагу винта. Длина петель часто превышает удвоенную длину фюзеляжа модели. Продолжительность полета модели значительно увеличивается благодаря количеству витков, которые можно сделать на такой длинной резиновой петле, состоящей из нескольких нитей. Используется механический намотчик, и резина растягивается до пятикратной первоначальной длины, чтобы обеспечить максимальное количество витков на двигателе. В полете эти модели выглядят как настоящие. Единственное, чего не хватает – это звук двигателя оригинального самолета. Опытные пилоты могут добиться впечатляющих полетов на малоизвестных моделях, таких как оригинальные самолеты братьев Райт и Bleriot's Channel Crosser, а также на уникальных самодельных самолетах времен Великой депрессии и современных экспериментальных самолетах.