طيران حر (طائرة نموذجية)

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ابحث عن المصادر:  "طائرات نموذجية مجانية" - أخبار  · صحف  · كتب  · باحث  · JSTOR ( مايو 2009 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

الطيران الحر هو جزء من الطيران النموذجي الذي يتضمن طائرات بدون تحكم خارجي نشط بعد الإطلاق. الطيران الحر هو الشكل الأصلي لهواة الطيران النموذجي، والهدف التنافسي هو بناء وإطلاق طائرة ذاتية التحكم تحقق باستمرار أطول مدة طيران على مدار جولات منافسة متعددة، ضمن معايير فئة مختلفة.

إن جوهر الطيران الحر هو أن الطائرة لا تحتاج إلى تحكم خارجي، على سبيل المثال عن طريق الراديو. وقد تم استخدام طائرات من هذا النوع لأكثر من قرنين من الزمان. وهي مصممة لتكون مستقرة بطبيعتها أثناء الطيران؛ فإذا تعرضت لاضطراب بسبب هبة رياح أو تيار حراري فإنها تعود تلقائيًا إلى الطيران المستقر. ويتحقق استقرارها من خلال الجمع بين التصميم والضبط، - العلاقة بين مركز الثقل، وسقوط الجناح والذيل، وضبط الدفة.

بفضل حمولة أجنحتها المنخفضة جدًا ، تطير الطائرات الحرة ببطء أكبر كثيرًا من الطائرات التي تعمل بمحركات يتم التحكم فيها عن بعد والتي يتبادر إلى ذهن الكثير من الناس عند ذكر "الطائرات النموذجية". تنزلق معظمها بسرعة تزيد قليلاً عن سرعة المشي، ويزن القليل منها أكثر من 500 جرام.

عادة ما يكون الهدف الوحيد لمنافسات الطيران الحر هو مدة الرحلة ، وأحد أهم تحديات هذه الرياضة هو تصميم الطائرة الأكثر كفاءة ضمن حدود المنافسة المختلفة على معايير مثل الحد الأدنى للوزن، ومساحة الجناح القصوى، والقوة الدافعة.

يمكن تقسيم نماذج الطيران المجانية على نطاق واسع إلى أربع فئات: ^[1]

• الطائرات الشراعية (التي يتم إطلاقها يدويًا أو بحبل سحب)
• تعمل بالمطاط (مدة نقية، ومقياس مع المدة)
• الطاقة ( _ثاني أكسيد الكربون ، أو محرك متوهج يعمل بالميثانول ، أو كهربائي)
• داخلي (مدة نقية، ومقياس مع المدة)

عند الطيران بشكل تنافسي، يكون الهدف المعتاد هو أقصى مدة طيران. في حالة النماذج التي يتم طيرانها في الهواء الطلق، يحاول المصمم إطلاق النموذج في عمود هواء صاعد، وهو عمود حراري . تميل نماذج الطيران الحر الخارجية هذه إلى أن تكون مصممة لوضعين مختلفين للغاية للطيران: التسلق بسرعة تحت القوة أو السحب، والانزلاق ببطء أثناء الدوران بأقل معدل سقوط. يتمثل جزء كبير من التحدي في تصميم هذه النماذج وطيرانها في الحفاظ على الاستقرار الديناميكي الهوائي في كلا الوضعين وإجراء انتقال سلس بينهما. تستخدم النماذج الحديثة مؤقتات ميكانيكية أو إلكترونية لتحريك أسطح التحكم في أوقات محددة مسبقًا. يعد اكتشاف العمود الحراري الذي سيتم الإطلاق إليه أمرًا حيويًا ويمكن أن يتضمن عدة طرق، تتراوح من قياسات درجة الحرارة عن بعد بالراديو وسرعة الرياح المرسومة على مسجل رسم بياني إلى شرائط مايلار أو فقاعات الصابون لتصور الهواء الصاعد.

تتضمن المسابقات عادة ما يصل إلى سبع جولات خلال اليوم، كل منها تحلق إلى أقصى وقت طيران يصعب تحقيقه بدون مساعدة حرارية. يقوم مفتاح التوقيت التلقائي الموجود على متن الطائرة بتعطيل تقليم الطائرة عند الوصول إلى "الحد الأقصى"، لإسقاط الطائرة بأمان وبسرعة. يعد تحديد موقع الطائرة واستعادتها لمزيد من الرحلات جزءًا مهمًا من الطيران الحر. تحمل العديد من الطائرات منارات تحديد الموقع عبر الراديو، وسيستخدم الطيارون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والمنظار والبوصلة وجهاز تتبع لاسلكي حساس للاتجاه لمساعدتهم. قد يتضمن الطيران والاستعادة لمدة يوم حوالي 20 ميلاً (32 كم) سيرًا على الأقدام أو على دراجة، اعتمادًا على قوة الرياح.

لا تعتمد النماذج التي يتم طيرانها داخل الأماكن المغلقة على تيارات الهواء الصاعدة، ولكن يجب تصميمها لتحقيق أقصى قدر من كفاءة الطيران بسبب الطاقة المحدودة المخزنة في المطاط أو مصدر الطاقة الكهربائية.

في كل فئة، توجد فئات مختلفة. عادةً، توجد فئة بطولة العالم للاتحاد الدولي للطيران (FAI)، وفئة صغيرة ، وفئة مفتوحة ، وربما أي عدد من الفئات الوطنية أو غير الرسمية، والتي قد تُعقد لها مسابقات إقليمية أو وطنية. ضمن رموز تصنيف المنافسة التي حددها الاتحاد الدولي للطيران، يحصل الطيران الحر على الرمز العام F1، حيث يرمز "F" إلى الطائرات النموذجية الطائرة بشكل عام، ويرمز "1" بشكل خاص إلى نماذج الطيران الحر.

لا تحتوي الطائرات الشراعية على طاقة دافعة على متنها. المدخلات الوحيدة للطاقة هي الإطلاق والهواء الصاعد الذي يواجهه أثناء الرحلة. أثناء الإطلاق، تتحمل العديد من الطائرات الشراعية 60 جرامًا أو أكثر (أكثر بكثير من الضغط على أي طائرة مأهولة) ولديها سرعات إطلاق تزيد أحيانًا عن 140 كم / ساعة، حيث تتحول هذه الطاقة إلى ارتفاع؛ لم يصبح هذا ممكنًا إلا منذ ظهور المواد المركبة مثل الكربون (الجرافيت) والألياف الزجاجية والكيفلار، والتي تستخدم على نطاق واسع في العديد من هياكلها.

فئة الطائرات الشراعية FAI هي F1A، والمعروفة أيضًا باسم A/2 أو الطائرة الشراعية النوردية. يجب أن يكون للنموذج مساحة متوقعة (جناح ومثبت) تتراوح بين 32-34 ديسيمتر ^مربع ، ووزن أدنى يبلغ 410 جرام. يتم الإطلاق عن طريق السحب اليدوي، باستخدام خط سحب بطول 50 مترًا، على غرار سحب طائرة ورقية. أثناء مرحلة السحب، يمكن التحكم في الطائرة الشراعية عن طريق السماح لها بالانزلاق في دوائر ضيقة متبوعة بسحبها لأعلى ضد الرياح. بمجرد اتخاذ قرار إطلاق النموذج، يركض الرياضي لجعل النموذج يكتسب السرعة. عندما يكون النموذج بأقصى سرعة في الأعلى، يتم تحرير خط السحب وتحرر آلية خط السحب من النموذج الذي يبدأ بعد ذلك نمطًا مبرمجًا مسبقًا لتحويل السرعة إلى ارتفاع. يمكن للطائرات الشراعية الحديثة F1A اكتساب ما يصل إلى 80 مترًا من الارتفاع الإضافي. فئة الطائرات الشراعية الصغيرة هي A/1 (F1H). يجب أن تكون مساحة الطائرات الشراعية من الفئة A/1 أقل من 18 ديسيمتر ^مربع ، وأن لا يقل وزنها عن 220 جرامًا. نادرًا ما تُقام مسابقات الطائرات الشراعية المفتوحة، ويستخدم معظم المتنافسين في مثل هذه المسابقات طائرات شراعية من الفئة F1A. تشمل فئات الطائرات الشراعية الأخرى الطائرات الشراعية الموجهة بالمغناطيس (F1E) - وهي في الأساس فئة طيران حر منحدر، والطائرات الشراعية التي يتم إطلاقها يدويًا (عادةً ما يتم اختصارها HLG، والمعروفة أيضًا على نطاق واسع باسم طائرة شراعية chuck). الطائرات الشراعية الموجهة بالمغناطيس هي نماذج صغيرة يتم إطلاقها من أرض مستوية ببساطة عن طريق رميها بقوة. وهي واحدة من أكثر تخصصات الطيران الحر رياضية.

تعتمد النماذج التي تعمل بالمطاط على الطاقة المخزنة في مادة مرنة ملتوية. وتتراوح هذه النماذج من الألعاب البسيطة التي تعمل بالمطاط والمتوفرة في العديد من متاجر الألعاب، إلى فئة المطاط المفتوح، والتي تستخدم أمثلة منها غالبًا 200 جرام من المطاط في "محركها". لا ينتج المطاط خرج طاقة ثابت؛ فعندما يتم لف المحرك المطاطي بالكامل ينتج عزم الدوران الأقصى، ولكن هذا ينخفض ​​بسرعة في البداية قبل أن "يصل إلى مرحلة الثبات"، ثم ينخفض ​​مرة أخرى في النهاية، وبعد ذلك تتوقف المروحة. يعد استخدام هذه الدفعة الأولية بكفاءة أمرًا حيويًا، وتساعد المراوح الأوتوماتيكية ذات الخطوة المتغيرة في هذا الأمر، جنبًا إلى جنب مع التغييرات التي يتم تشغيلها بواسطة مؤقت لسقوط الجناح والذيل وضبط الدفة. في نهاية تشغيل الطاقة، تطوى الشفرات للخلف على طول جسم الطائرة لتقليل السحب أثناء الانزلاق.

فئة المطاط FAI هي F1B، والمعروفة أيضًا باسم Wakefield. كتب تشارلز دينيس راشينج عن تاريخ كأس ويكفيلد. ^[2] قد تحتوي نماذج F1B على محرك مطاطي بحد أقصى 30 جرامًا، ويجب ألا يقل الوزن الفارغ لهيكل الطائرة عن 200 جرام. يجب أن تكون المساحة الإجمالية القصوى للنموذج أقل من 19 ديسيمتر ^مربع . فئة المطاط الصغيرة هي Coupe d'Hiver (المعروفة أيضًا باسم F1G). لا توجد قيود على مساحة نماذج "Coupe". الحد الأقصى لوزن المطاط المسموح به هو 10 جرام، والحد الأدنى للوزن الفارغ لهيكل الطائرة هو 70 جرامًا. يعد المطاط المفتوح حدثًا شائعًا، ويضم نماذج كبيرة مع كميات هائلة من المطاط محشورة فيها. غالبًا ما يكون للنماذج المفتوحة 50٪ من وزنها الطائر المكون من المطاط.

الطائرة F1D (انظر #Indoor أدناه) هي فئة من الطائرات المطاطية الحساسة، وخفيفة الوزن، وبطيئة الطيران، وطويلة الأمد (أكثر من 30 دقيقة)، ومصممة للطيران في مساحة داخلية كبيرة.

تعتبر طائرة P-30 حدثًا شائعًا للمبتدئين. يجب أن تستخدم طائرة P-30 مروحة بلاستيكية غير معدلة متوفرة تجاريًا. يبلغ أقصى طول لجناحي طائرة P-30 وطولها الإجمالي 30 بوصة (76.2 سم)، وتستخدم 10 جرامات كحد أقصى من المطاط. يجب ألا يقل وزن هيكل الطائرة الفارغ عن 40 جرامًا.

كما تحظى مسابقة رايت ستوف في أولمبياد العلوم بشعبية كبيرة. وتختلف القواعد والقيود المتعلقة بالأبعاد كل عام، ولكن العديد من الطيارين البارزين مثل بريت سانبورن بدأوا في أولمبياد العلوم. وعادة ما تتكون الطائرات المشاركة في هذه المسابقة من إطار من خشب البلسا مع جناح مغطى بمادة الميلار ومروحة ثابتة السرعة متوفرة تجاريًا. وعادة ما يتم لف المحرك المطاطي بلفافة 15:1.

أشهر نماذج الطائرات المطاطية للمبتدئين هي AMA Cub (المعروفة أيضًا في الولايات المتحدة باسم "AMA Delta Dart") وDenny Dart وCanarsie Canarie وSquirrel. تُستخدم عادةً في ورش العمل أو للمبتدئين لتعلم البناء والطيران.

السنجاب الذي صممه دارسي وايت هو الأسهل في البناء. تتوفر خطط مجانية للتنزيل للسنجاب.

تم بناء أصغر طائرة تعمل بالمطاط في عام 1931 بواسطة طالب في مدرسة ثانوية في فيلادلفيا، وكان يُدعى Flying Flea وكان طوله بوصة وربع ويمكنه البقاء في الهواء لمدة دقيقة تقريبًا. ^[3]

نماذج الطاقة هي تلك التي تحتوي على مصدر طاقة على متن الطائرة ليس محركًا مطاطيًا. غالبًا ما يكون هذا محرك احتراق داخلي، ويكون تشغيل المحرك محدودًا، عادةً بخمس ثوانٍ فقط. يعد تصميم طائرة تصعد إلى أعلى ارتفاع ممكن، مع الحد الأدنى من السحب عند معامل رفع منخفض، ولكن يجب بعد ذلك تحويلها إلى طائرة شراعية بطيئة الطيران، تحديًا فريدًا من نوعه في مجال الطيران. ومع ذلك، تتضمن الفئة أيضًا محركات الغاز المضغوط والطاقة الكهربائية. فئة الطاقة FAI هي F1C. تم تجهيز نماذج F1C بمحرك احتراق داخلي يصل إلى 2.5 سم مكعب ويجب أن يزن 300 جرام على الأقل لكل 1 سم مكعب (أي أن الحد الأدنى لوزن النموذج المجهز بسعة 2.5 سم مكعب هو 750 جرامًا). عادة ما يتم تصنيع هذه المحركات خصيصًا للحصول على أقصى خرج للطاقة وغالبًا ما تنتج 1 حصان (0.75 كيلو واط) بأكثر من 30000 دورة في الدقيقة . تتميز العديد من نماذج F1C بأجنحة قابلة للطي لتقليل السحب الديناميكي الهوائي أثناء مرحلة الصعود.

نوع آخر من نماذج الطيران الحر التي تعمل بمحرك هو CO ₂ ( فئة FAI الخاصة به هي F1K). تطير هذه النماذج باستخدام محرك صغير يعمل بثاني أكسيد الكربون. هذه النماذج خفيفة الوزن للغاية. تقتصر كمية ثاني أكسيد الكربون _{على 2 سم} ³ ، وهو ما يكفي لحوالي 2 دقيقة من الطيران.

فئة أخرى شائعة للطيران الحر هي فئة F1J التابعة لـ FAI والتي تشبه F1C ولكن المحركات بسعة 1 سم مكعب أو أقل. ^[4] تستخدم هذه النماذج محركات مثل Profi ومحركات أخرى متخصصة مصنعة من روسيا وأوروبا.

يستخدم طيارو الطيران الحر الرياضي أيضًا محركات احتراق داخلي صغيرة، وعلى نحو متزايد؛ نماذج مصغرة للطيران الحر تعمل بمحرك كهربائي.

كما يوحي الاسم، تم تصميم النماذج الداخلية للطيران في الأماكن المغلقة. وعادةً ما تكون هذه النماذج خفيفة الوزن للغاية لأنها لا تتحمل الظروف الجوية الخارجية.

هناك عدد من فئات نماذج الطيران الحر الداخلية. بعضها عبارة عن نسخ طبق الأصل، لكن بعضها الآخر مصمم خصيصًا للطيران لأطول فترة ممكنة. يتم ضبط توقيت هذه النماذج باستخدام ساعة توقيت.

الاتحاد الدولي للطائرات هو الهيئة المنظمة الدولية لجميع الرياضات الجوية في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك نمذجة الطائرات. ويسمح الاتحاد الدولي للطائرات بإقامة بطولات عالمية وأوروبية لفئة F1D التي تبلغ أقصى مدة طيران داخلية لها. ويجب ألا يقل وزن نماذج F1D عن 1.4 جرام وأن يبلغ أقصى مدى للجناحين 55 سم. وتتكون هذه النماذج من صفائح وأشرطة خفيفة من خشب البلسا، وخيوط البورون، وألياف الكربون، وغطاء شفاف من فيلم بلاستيكي يقل سمكه عن 0.5 ميكرومتر. وتعمل النماذج بـ 0.4 جرام من المطاط في حلقة واحدة يبلغ طولها حوالي 9.0 بوصات ويمكن لفها لتستغرق حوالي 1500 دورة. ويبلغ متوسط ​​سرعة دوران المروحة أثناء الرحلة أقل من 50 دورة في الدقيقة، وتطير هذه النماذج بسرعة أقل من سرعة المشي. تتطلب نماذج F1D مساحة كبيرة، مثل صالة رياضية أو حظيرة طائرات أو مناطيد ، حيث تم استخدام الأتريوم الشهير لفندق West Baden Springs سابقًا لمسابقات الطيران الحر الداخلية في الولايات المتحدة، وهناك حتى منجم ملح في رومانيا على عمق 400 قدم (120 مترًا) تحت الأرض والذي استضاف بطولات FAI العالمية F1D عدة مرات. تقترب أوقات الرحلة الفردية من أربعين دقيقة.

على الرغم من أن معظم الطائرات النموذجية الداخلية الأخرى تعمل أيضًا بالمطاط، إلا أن الطائرات الشراعية والطائرات التي تعمل بالغاز المضغوط أو البطاريات الكهربائية تطير أيضًا داخل المباني. تركز بعض الفئات على نسخ مصغرة أو شبه مصغرة من الطائرات التي تحمل رجلاً. تتميز فئات أخرى بتكوينات طيران غير عادية، مثل الطائرات ذات المحركات النفاثة أو المروحيات أو الطائرات ذات الدوران الذاتي.

يبلغ عمر النمذجة الداخلية الآن حوالي قرن من الزمان. يمكن العثور على تاريخ النماذج الداخلية هنا. ^[5]

تمت الموافقة على ما يسمى بطائرات "Old Timer" النموذجية للطيران الحر، والتي يمكن أن تكون طائرات شراعية أو تعمل بالمطاط أو بمحرك، في الولايات المتحدة من قبل جمعية مصممي النماذج العتيقة [1]، وعدد متزايد من فروع منظمة "SAM" حول العالم (وكذلك الأندية الوطنية المماثلة في بعض الدول)، وهي عبارة عن نسخ قابلة للطيران من تصميمات طائرات نموذجية للطيران الحر نشأت عمومًا من أي مكان في العالم، في أي وقت قبل بدء مشاركة الولايات المتحدة في الحرب العالمية الثانية في عامي 1941 و1942. يُسمح بتكبير حجم (تكبير أو تصغير) هذه التصميمات لمعظم أنواع الأحداث في مسابقة SAM، مع وجود عدد قليل من الفئات المتخصصة لنماذج الاستنساخ التي تلزم ببناء النماذج بحجمها الأصلي فقط.

في المملكة المتحدة، يتم تصنيف النماذج التي تم بناؤها وفقًا للخطط أو المجموعات المنشورة قبل يناير 1951 على أنها قديمة، ويتم تصنيف النماذج التي تم بناؤها لاحقًا ولكن قبل عام 1960 على أنها كلاسيكية. يحمل جيم أرنوت نموذج Winding Boy، وهو نموذج مطاطي كلاسيكي صممه أورلان وانوب.

تتبع المسابقات الممتعة منخفضة الضغط لهذه النماذج عمومًا تنسيقات المنافسة الحديثة، مع فئات خاصة لهذه النماذج ذات التصميم المبكر التي تعيد إنشاء أحداث الطائرات النموذجية التي أقيمت بالفعل قبل الحرب العالمية الثانية، وحتى حركة "المؤقت القديم" بدأت بجدية في تبني إصدارات تعمل بالطاقة الكهربائية من التصميمات المصممة في الأصل لمحركات البنزين ثنائية الأشواط التي كانت تستخدم في الطيران الحر قبل الحرب العالمية الثانية. حتى أن محركات النماذج القديمة التي تعمل بالبنزين قبل الحرب العالمية الثانية، أو نسخ تشغيلية أصلية منها، تُستخدم في بعض التصميمات التي تعمل بمحركات، ويوجد اهتمام كبير بما يسمى "RC Assist" لنماذج الطيران الحر القديمة داخل منظمة SAM، والتي تأخذ التصميمات التي تعمل بمحركات من تلك الحقبة، وتزودها بمحركات متوهجة ثنائية ورباعية الأشواط أكثر حداثة أو محركات كهربائية بدون فرشاة بدلاً من ذلك، وتضيف الدفة والمصعد والتحكم في المحرك من جهاز إرسال للتحكم عن بعد، تمامًا كما يحدث في هواية RC العادية .

تتوفر مواصفات طائرات Old Timer ذات الطيران الحر وقواعد المنافسة والإرشادات من منظمة SAM عبر الإنترنت. [2]

تحاكي نماذج المطاط المصغرة الطائرات بالحجم الكامل. يتم استخدام توثيق الحجم في المسابقات للتحقق من دقة النموذج وتوافقه مع الطائرة بالحجم الكامل التي تم تصميمها.

تتراوح باع جناحي معظم النماذج المطاطية من 20 إلى 30 بوصة. باستثناء نماذج فئة "Peanut Scale"، التي يبلغ باع جناحيها 13 بوصة كحد أقصى ونماذج فئة "Jumbo Scale"، التي يبلغ باع جناحيها 36 بوصة أو أكثر. تعمل النماذج بحلقات مطاطية تتناسب مع وزن النموذج وقطر المروحة وزاويتها. غالبًا ما يتجاوز طول الحلقات ضعف طول جسم النموذج. تزداد مدة طيران النموذج المصغر بشكل كبير بسبب عدد اللفات التي يمكن إجراؤها على مثل هذه الحلقة الطويلة من المطاط ذات الخيوط المتعددة. يتم استخدام لفافة ميكانيكية ويتم شد المطاط حتى خمسة أضعاف الطول الأصلي لحزم أقصى عدد من اللفات على المحرك. أثناء الطيران، تبدو هذه النماذج تمامًا مثل الشيء الحقيقي. كل ما ينقص هو ضجيج المحرك في الطائرة الأصلية. يستطيع الخبراء تحقيق رحلات مذهلة من التصاميم الغامضة مثل طائرة الأخوين رايت الأصلية وطائرة عبور القنوات التي صممها بليروت، إلى الطائرات المنزلية الفريدة من نوعها التي بنيت في عصر الكساد الكبير والطائرات التجريبية الحديثة.

• مجموعة متخصصة في تصميم نماذج الطائرات تابعة للجمعية الوطنية للطيران الحر في الولايات المتحدة الأمريكية
• من السهل بناء طائرة طيران مجانية تعمل بالمطاط
• مقال عن بناء نماذج الطائرات - من عام 1934 ومخططات قديمة ممسوحة ضوئيًا
• تعليمات حول بناء نموذج طيران حر بمقياس مطاطي
• معلومات عن مسابقات الطيران الحر (الأوكرانية)
• منتدى الطيران النموذجي محفوظ في 2012-04-25 على موقع Wayback Machine
• رحلة مجانية إلى أونتاريو
• رابطة الطيران النموذجي البريطانية