Μοντέλο αεροσκάφος

Ένα μοντέλο αεροσκάφος είναι ένα μικρό μη επανδρωμένο αεροσκάφος, ή στην περίπτωση του μοντέλου κλίμακας, ένα αντίγραφο ενός υπάρχοντος ή φανταστικού αεροσκάφους. Τα μοντέλα αεροσκάφη χωρίζονται σε δύο κύριες ομάδες: τα ιπτάμενα και τα μη ιπτάμενα. Τα μη ιπτάμενα μοντέλα ονομάζονται επίσης στατικά, μοντέλα επίδειξης ή ραφιού.

Τα μοντέλα ποικίλουν από παιχνίδια ανεμόπτερα κατασκευασμένα από χαρτόνι ή αφρώδες πολυστυρένιο έως μηχανοκίνητα μοντέλα κλίμακας κατασκευασμένα από υλικά όπως ξύλο μπάλσα, μπαμπού, πολυστυρένιο, ίνες άνθρακα ή υαλοβάμβακα και είναι καλυμμένα από σιγαρόχαρτο ή πολυεστέρα. Ορισμένα μπορεί να είναι αρκετά μεγάλα, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση των δυνατοτήτων με σκοπό την κατασκευή ενός μοντέλου πλήρους κλίμακας.

Τα στατικά μοντέλα ποικίλουν από τα μαζικής παραγωγής παιχνίδια κατασκευασμένα από λευκό μέταλλο ή πλαστικό έως τα υψηλής ακρίβειας και λεπτομερή μοντέλα που παράγονται για μουσειακές εκθέσεις και απαιτούν χιλιάδες ώρες εργασίας για την κατασκευή τους. Πολλά μοντέλα έχουν μικρές διαστάσεις, και κατασκευάζονται κυρίως από εγχύματα πολυστυρενίου.

Οι κατασκευαστές αεροσκαφών και οι ερευνητές κατασκευάζουν επίσης μοντέλα για αεροδυναμικές σήραγγες τα οποία δεν μπορούν να πραγματοποιήσουν ελεύθερη πτήση, και χρησιμοποιούνται για τη δοκιμή και ανάπτυξη νέων σχεδίων. Σε ορισμένες περιπτώσεις μόνο μικρό τμήμα των αεροσκαφών μοντελοποιείται.

Στατικά μοντέλα για επίδειξη

Στατικό μοντέλο γραφείου ενός Fokker F28.

Τα στατικά μοντέλα αεροσκάφη (δηλ. αυτά που δεν πετούν) είναι μοντέλα κλίμακας κατασκευασμένα από πλαστικό, ξύλο, μέταλλο, χαρτί, υαλοβάμβακα ή άλλο κατάλληλο υλικό. Ορισμένα στατικά μοντέλα έχουν την κατάλληλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν σε αεροδυναμικές σήραγγες, όπου τα δεδομένα που αποκτούνται χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αεροσκαφών πλήρους κλίμακας. Πολλές αεροπορικές εταιρείες από ολόκληρο τον κόσμο χρησιμοποιούν μοντέλα για λόγους προώθησης. Η κλίμακά τους διαφέρει. Για εμπορικές χρήσεις οι συνηθισμένες κλίμακες είναι από 1:18 έως 1:1250, ενώ υπάρχουν και μικρότερες, αλλά όχι σε τόσο συχνή χρήση.

Ιπτάμενα μοντέλα για αθλητισμό (Αερομοντελισμός)

Χειροκίνητο ανεμόπτερο ελεύθερης πτήσης

Γενικά σε όλες τις μορφές του αθλήματος και του χόμπι του αερομοντελισμού, ορισμένα ιπτάμενα μοντέλα μοιάζουν με εκδόσεις κλίμακας αεροσκαφών πλήρους μεγέθους, ενώ άλλα είναι κατασκευασμένα χωρίς πρόθεση να μοιάζουν με πραγματικά αεροσκάφη. Υπάρχουν επίσης μοντέλα πτηνών και ιπτάμενων δεινοσαύρων. Το μειωμένο μέγεθος επηρεάζει τον αριθμό Reynolds ο οποίος καθορίζει τον τρόπο που ο αέρας αντιδρά με τη ροή πάνω από το μοντέλο, και σε σύγκριση με ένα πλήρους μεγέθους αεροσκάφος οι απαιτούμενες επιφάνειες ελέγχου, η σταθερότητα και η αποτελεσματικότητα ειδικών τμημάτων αεροτομών ίσως διαφέρουν σε σημαντικό βαθμό απαιτώντας αλλαγές στον σχεδιασμό.

Η κατασκευή των ιπτάμενων μοντέλων διαφέρει από αυτή των περισσότερων στατικών μοντέλων μιας και το βάρος η ισχύ (και η επακόλουθη αναλογία ισχύος προς βάρους) είναι σημαντικές τροποποιήσεις. Τα ιπτάμενα μοντέλα δανείζονται κατασκευαστικές τακτικές από τα αεροσκάφη πλήρους μεγέθους αν και η χρήση μετάλλου είναι περιορισμένη. Έτσι λοιπόν κατασκευάζονται από ξύλο ή πολυστυρένιο, αλλά και σιγαρόχαρτο για τα ελαφρύτερα μοντέλα. Τα μηχανοκίνητα μοντέλα διαθέτουν ενσωματωμένη πηγή ισχύος, έναν μηχανισμό ο οποίος παρέχει πρόωση στο αεροσκάφος μέσω του αέρα. Οι ηλεκτροκινητήρες και οι κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι τα πιο συνηθισμένα συστήματα πρόωσης. Τα περισσότερα μηχανοκίνητα μοντέλα αεροσκάφη χρησιμοποιούν έλικες. Οι έλικες δημιουργούν ώθηση λόγω της γωνίας προσβολής των λεπίδων η οποία ωθεί τον αέρα προς τα πίσω. Για κάθε δράση υπάρχει μια ίση και αντίρροπη αντίδραση και έτσι το αεροσκάφος κινείται προς τα εμπρός.

Έλεγχος

Τα ιπτάμενα μοντέλα αεροσκάφη συνήθως ελέγχονται με μία από τις τρεις ακόλουθους μεθόδους

• Ελεύθερη πτήση (F/F). Τα μοντέλα αεροσκάφη πετούν χωρίς εξωτερικό έλεγχο από το έδαφος. Το αεροσκάφος πρέπει να στηθεί πριν πετάξει με τρόπο τέτοιο ώστε οι επιφάνειες ελέγχου του, αλλά και το βάρος του να επιτρέπουν σταθερή πτήση. Τα περισσότερα μοντέλα ελεύθερης πτήσης είναι είτε ανεμόπτερα χωρίς κινητήρα είτε κινούνται με καουτσούκ. Ο τύπος αυτός είναι προγενέστερος της επανδρωμένης πτήσης.
• Σχοινί ελέγχου (C/L). Τα μοντέλα αεροσκάφη χρησιμοποιούν σύρματα ή σχοινιά τοποθετημένα σε ένα κεντρικό σημείο μιας επιφάνειας ή δεμένα σε χέρι ή ιστό. Το αεροσκάφος έπειτα πετά γύρω από το σημείο κυκλικά. Συνήθως χρησιμοποιούνται δύο σύρματα για το μοντέλο, και επίσης, μέσω ενός λεβιέ ένα σχοινί που ελέγχει το πηδάλιο ανόδου-καθόδου του αεροσκάφους.
• Τα ραδιοελεγχόμενα αεροσκάφη έχουν έναν πομπό που χειρίζεται ο ελεγκτής, στέλνοντας σήματα σε έναν δέκτη που βρίσκεται στο μοντέλο ο οποίος με τη σειρά του ενεργοποιεί μοτέρ τα οποία χειρίζονται τις επιφάνειες ελέγχου του μοντέλου με τρόπο παρόμοιο με τα αεροσκάφη πλήρους μεγέθους. Στα παλαιότερα αεροσκάφη, το σύστημα αυτό έλεγχε απευθείας τα μοτέρ. Ωστόσο, τα σύγχρονα αεροσκάφη χρησιμοποιούν συχνά υπολογιστές ελέγχου πτήσης για τη σταθεροποίηση ενός αεροσκάφους ή ακόμη και για την αυτόνομη πτήση του. Κάτι τέτοιο συμβαίνει κυρίως στα quadcopters.

Αεροδυναμική των μοντέλων

Η πτητική συμπεριφορά ενός αεροσκάφους εξαρτάται από την κλίμακα κατασκευής του, την πυκνότητα του αέρα και την ταχύτητα πτήσης.

Σε υποηχητικές ταχύτητες η σχέση αυτή εκφράζεται από τον αριθμό Reynolds. Όταν δύο μοντέλα διαφορετικών κλιμάκων πετούν υπό τον ίδιο αριθμό Reynolds, η ροή αέρα θα είναι παρόμοια. Όπου οι αριθμοί Reynolds διαφέρουν, τα χαρακτηριστικά της ροής αέρα μπορούν να διαφέρουν σημαντικά. Αυτό μπορεί να κάνει ένα συγκεκριμένο μοντέλο να μην πετάξει και να απαιτεί τροποποιήσεις.

Σε μεγαλύτερες ταχύτητες κοντά ή πάνω από την ταχύτητα του ήχου, ο αριθμός Μαχ είναι κρίσιμος. Σε αυτές τις ταχύτητες ο αέρας είναι συμπιεστός και τα χαρακτηριστικά του αλλάζουν δραματικά με τον σχηματισμό ωστικών κυμάτων.

Η ελεγξιμότητα εξαρτάται επίσης από την κλίμακα, με τη σταθερότητα να είναι πιο σημαντική. Η ροπή ελέγχου είναι ανάλογη με το μήκος του μοχλοβραχίονα ενώ η γωνιακή αδράνεια είναι ανάλογη προς το τετράγωνο του μοχλοβραχίονα, οπότε όσο μικρότερη είναι η κλίμακα τόσο πιο γρήγορα θα μετατοπιστεί ένα αεροσκάφος.

Μία συνέπεια αυτού είναι ότι τα μοντέλα γενικά απαιτούν πρόσθετη διαμήκη και κατευθυντική σταθερότητα, που αντιστέκονται στις ξαφνικές μεταβολές της διεύθυνσης και της περιστροφής. Ενώ υπάρχει η δυνατότητα για έναν κυβερνήτη να ελέγξει ένα ασταθές αεροσκάφος, ένα ραδιοελεγχόμενο μοντέλο κλίμακας θα μπορούσε να πετάξει με σχεδιαστικές τροποποιήσεις όπως ουραίες επιφάνειες και διέδρες πτέρυγες για σταθερότητα, ή ηλεκτρονικά συστήματα τα οποία παρέχουν τεχνητή σταθερότητα. Τα ελεύθερα μοντέλα απαιτούν τόσο στατική όσο και δυναμική σταθερότητα.

Βιβλιογραφία

• Carlos Reyes (2009). RCadvisor′s Model Airplane Design Made Easy. RCadvisor.com. Albuquerque, New Mexico. ISBN 9780982261323. OCLC 361461928. 
• = Jerry Mander· George Dippel· Howard Gossage (1967). The Great International Paper Airplane Book. New York: Simon and Schuster. ISBN 0671289918. OCLC 437094. 
• Martin Simons (1999). Model Aircraft Aerodynamics (4η έκδοση). Swanley: Nexus Special Interests. ISBN 1854861905. OCLC 43634314. 
• Keith Laumer (1970) [1960]. How to Design and Build Flying Model Airplanes (2η έκδοση). New York: Harper. OCLC 95315. 
• Horst O. Hardenberg (1999). The Middle Ages of the Internal-Combustion Engine. SAE. ISBN 0768003911. OCLC 40632327. 
• Charles Hampson Grant (1941). Model Airplane Design and Theory of Flight. New York: Jay Publishing Corporation. OCLC 1336984. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Model Aviation στο Curlie
• Βάση δεδομένων μοντέλων αεροσκαφών