Maquette d'avion

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Maquette d'affichage à l'échelle du Boeing 747-400

Un modèle réduit d'avion est un petit avion sans pilote et peut être une réplique d'un avion existant ou imaginaire . Les modèles réduits d'avions sont divisés en deux groupes de base : volants et non volants. Les modèles non volants sont également appelés modèles statiques, d'affichage ou d'étagère.

Les constructeurs d'avions et les chercheurs fabriquent des modèles de soufflerie pour tester les propriétés aérodynamiques, pour la recherche fondamentale ou pour le développement de nouvelles conceptions. Parfois, seule une partie de l'avion est modélisée.

Les modèles statiques vont des jouets produits en série en métal blanc ou en plastique aux modèles très précis et détaillés produits pour être exposés dans les musées et nécessitant des milliers d'heures de travail. Beaucoup sont disponibles en kits, généralement en polystyrène ou en résine moulés par injection .

Les modèles volants vont de simples planeurs jouets faits de feuilles de papier, de balsa , de papier cartonné ou de polystyrène expansé à des modèles réduits motorisés constitués de balsa, de bâtons de bambou , de plastique (y compris de polystyrène moulé ou en feuille et de styromousse ), de métal, de résine synthétique , seul ou avec de la fibre de carbone ou de la fibre de verre , et recouvert de papier de soie , de mylar et d'autres matériaux. Certains peuvent être très volumineux, en particulier lorsqu'ils sont utilisés pour rechercher les propriétés de vol d'un avion à grande échelle proposé.

Recherches et maquettes aérodynamiques

Maquette en soufflerie d'un hydravion Loire-Nieuport LN-10

Les modèles sont conçus pour les tests de recherche en soufflerie et en vol libre et peuvent avoir des composants qui peuvent être échangés pour comparer divers équipements et configurations, ou avoir des fonctionnalités telles que des commandes qui peuvent être repositionnées pour refléter diverses configurations de vol. Ils sont également souvent équipés de capteurs pour des mesures ponctuelles et sont généralement montés sur une structure qui assure le bon alignement avec le flux d'air, et qui fournit des mesures supplémentaires. Pour la recherche en soufflerie, il suffit parfois de fabriquer une partie de l'avion proposé.

Des modèles d'ingénierie statiques à grande échelle sont également construits pour le développement de la production, souvent constitués de matériaux différents de la conception proposée. Encore une fois, souvent seule une partie de l'avion est modélisée.

Modèles d'affichage statiques

Modèle Lufthansa Focke-Wulf Fw 200 Condor exposé

Les modèles réduits d'avions statiques ne peuvent pas voler et sont utilisés pour l'affichage, l'éducation et sont utilisés dans les souffleries pour collecter des données pour la conception d'avions à grande échelle. Ils peuvent être construits avec n'importe quel matériau approprié, qui comprend souvent du plastique, du bois, du métal, du papier et de la fibre de verre et peuvent être construits à une échelle spécifique, de sorte que la taille de l'original puisse être comparée à celle d'autres aéronefs. Les modèles peuvent être finis, ou peuvent nécessiter une peinture ou un assemblage, avec de la colle, des vis ou par clipsage, ou les deux.

De nombreuses compagnies aériennes du monde autorisent la modélisation de leurs avions à des fins publicitaires. Les compagnies aériennes avaient l'habitude de commander des modèles à grande échelle de leurs avions pour les fournir aux agences de voyages en tant qu'articles promotionnels. Des modèles réduits d'avions de bureau peuvent être donnés aux représentants des aéroports, des compagnies aériennes et du gouvernement pour promouvoir une compagnie aérienne ou célébrer un nouvel itinéraire ou une réalisation. [1]

Échelle

Les modèles réduits d'avions statiques sont principalement disponibles dans le commerce dans une variété d' échelles allant de l' échelle 1:18 à l' échelle 1:1250 . Les maquettes en plastique nécessitant un assemblage et une peinture sont principalement disponibles à l'échelle 1:144 , 1:72 , 1:48 , 1:32 et 1:24 . Les modèles en métal moulé sous pression (pré-assemblés et peints en usine) sont disponibles dans des échelles allant de 1:48e à 1:600e .

Les échelles ne sont pas aléatoires, mais sont généralement basées sur des divisions soit du système impérial , soit du système métrique . Par exemple, l'échelle 1:48 est de 1/4" à 1 pied (ou 1" à 4 pieds) et 1:72 est de 1" à 6 pieds, tandis que dans les échelles métriques telles que 1:100e, 1 centimètre équivaut à 1 mètre L'échelle 1:72 a été introduite avec les maquettes d'avions Skybirds en bois et en métal en 1932 et a été suivie de près par Frog qui a utilisé la même échelle à partir de 1936 avec leur marque " Frog Penguin ". War par le département américain de la guerre après avoir demandé des modèles d'avions monomoteurs couramment rencontrés à cette échelle et d'avions multimoteurs à l'échelle 1: 144. Ils espéraient améliorer les avionscompétences de reconnaissance et ces échelles compromises entre la taille et le détail. Après la Seconde Guerre mondiale, les fabricants ont continué avec ces échelles, mais des kits sont également ajoutés dans d'autres divisions du système impérial. 1:50e et 1:100e sont courants au Japon et en France, qui utilisent tous deux la métrique. Les modèles promotionnels pour les compagnies aériennes sont produits à des échelles allant de 1:200 à 1:1200.

Certains constructeurs fabriquaient des avions à l'échelle 1/18e pour aller avec des voitures de la même échelle. Les modèles d'avions, les véhicules militaires , les figurines , les voitures et les trains ont tous des échelles communes différentes, mais il existe des croisements. Il existe une quantité substantielle de duplication de sujets plus célèbres à différentes échelles, ce qui peut être utile pour les dioramas à perspective forcée .

Les modèles plus anciens n'étaient souvent pas conformes à une échelle établie car ils étaient dimensionnés pour s'adapter à la boîte et sont appelés «échelle de boîte».

Matériaux

Pièces pour un modèle d'avion en plastique encore sur leur arbre de moulage par injection
Maquette papier du bateau volant Dornier X

La forme de fabrication la plus courante pour les kits est le plastique polystyrène moulé par injection , formé dans des formes en acier. Les granulés de plastique sont chauffés dans un liquide et forcés dans le moule sous haute pression à travers des arbres qui retiendront toutes les pièces et assureront l'écoulement du plastique vers chaque partie du moule. Cela permet un plus grand degré d'automatisation que les autres processus de fabrication, mais les moules nécessitent de grandes séries de production pour couvrir le coût de leur fabrication. Aujourd'hui, cela se produit principalement en Asie et en Europe de l'Est. De plus petites séries sont possibles avec des moules en cuivre, et certaines entreprises utilisent des moules en résine ou en caoutchouc, mais si le coût est inférieur pour le moule, la durabilité est également inférieure et les coûts de main-d'œuvre peuvent être beaucoup plus élevés.

Les kits en résine sont fabriqués sous des formes similaires à celles utilisées pour les kits en plastique à tirage limité, mais ces moules ne sont généralement pas aussi durables, ce qui les limite à de plus petites séries de production, et les prix du produit fini sont plus élevés.

Le formage sous vide est une autre alternative courante mais nécessite plus de compétences et les détails doivent être fournis par le modélisateur. Il existe une poignée de kits métalliques photogravés qui permettent un haut niveau de détail et ils sont incapables de reproduire des courbes composées.

Les modèles réduits peuvent également être fabriqués à partir de papier ou de papier cartonné. Les modèles commerciaux sont principalement imprimés par des éditeurs en Allemagne ou en Europe de l'Est mais peuvent être distribués via Internet, dont certains sont ainsi proposés gratuitement.

De la Première Guerre mondiale aux années 1950, des modèles réduits d'avions statiques ont également été construits à partir de bambou léger ou de bois de balsa et recouverts de papier de soie de la même manière que les modèles volants. Il s'agissait d'un processus chronophage qui reflétait la construction réelle des avions jusqu'au début de la Seconde Guerre mondiale . De nombreux modélistes créeraient des modèles à partir de dessins de l'avion réel. [2]

Les modèles de bureau prêts à l'emploi comprennent ceux produits en fibre de verre pour les agents de voyages et les avionneurs, ainsi que les modèles de collection en métal moulé sous pression, en acajou, en résine et en plastique.

La fibre de carbone et la fibre de verre sont devenues de plus en plus courantes dans les maquettes d'avions. Dans les modèles d'hélicoptères, les châssis principaux et les pales de rotor sont souvent en fibre de carbone, ainsi que les nervures et les longerons des ailes d'avions à voilure fixe.

Modèles volants

Un planeur lancé à la main en vol libre

Généralement connus collectivement sous le nom d' aéromodélisme , certains modèles volants ressemblent à des versions réduites d'avions à grande échelle, tandis que d'autres sont construits sans intention de ressembler à de vrais avions. Il existe également des modèles d'oiseaux, de chauves-souris et de ptérosaures (généralement des ornithoptères ). La taille réduite affecte le nombre de Reynolds du modèle qui détermine la façon dont l'air réagit lorsqu'il passe devant le modèle, et par rapport à un avion de taille normale, la taille des gouvernes nécessaires, la stabilité et l'efficacité de sections de profil aérodynamique spécifiques peuvent différer considérablement, nécessitant des modifications du motif.

Contrôle

Les modèles réduits d'avions volants sont généralement contrôlés par l'une des trois méthodes

  • Les modèles de vol libre (F/F) ne sont pas contrôlés autrement que par des gouvernes qui doivent être préréglées avant le vol et doivent avoir un degré élevé de stabilité naturelle. La plupart des modèles de vol libre sont soit des planeurs non motorisés, soit des moteurs à caoutchouc. Ces vols habités sont antérieurs. [3]
  • Les modèles réduits d'aéronefs à ligne de commande (C/L) utilisent des cordes ou des fils pour attacher le modèle à un pivot central, tenu à la main ou à un poteau . L'avion vole alors en cercles autour de ce point, sécurisé par un câble, tandis qu'un second assure le contrôle du tangage via une connexion à la profondeur. Certains utilisent un troisième câble pour contrôler un accélérateur. Il existe de nombreuses catégories de compétition. Le vol de vitesse est divisé en classes basées sur la cylindrée du moteur. Les avions de vitesse de classe "D" de taille 60 peuvent facilement atteindre des vitesses bien supérieures à 150 mph (240 km / h).
  • Les aéronefs radiocommandés ont un contrôleur qui exploite un émetteur qui envoie des signaux à un récepteur dans le modèle pour actionner des servos qui ajustent les commandes de vol du modèle de la même manière qu'un avion de taille normale. Traditionnellement, le signal radio contrôlait directement les servos , cependant, les exemples modernes utilisent souvent des ordinateurs de commande de vol pour stabiliser le modèle ou même pour le faire voler de manière autonome. C'est notamment le cas des quadricoptères . Les contrôleurs de vol rudimentaires ont été introduits pour la première fois dans les modèles d'hélicoptères, avec des gyroscopes électroniques autonomes utilisés pour stabiliser la commande du rotor de queue. Tout comme les quadricoptères, cela s'est maintenant étendu à toutes les commandes de vol.

Construction

Modèle de vol intérieur de classe F1D extrêmement léger avec revêtement en microfilm
Maquette volante d'un WW1 Royal Aircraft Factory SE5a avec des surfaces volantes en mousse, à partir d'un kit.

La construction des modèles volants peut différer de celle des modèles statiques car le poids et la résistance sont des considérations majeures.

Les modèles volants empruntent les techniques de construction des avions de taille réelle bien que l'utilisation du métal soit limitée. Celles-ci peuvent consister à former un cadre à l'aide de planches minces d'un bois léger tel que le balsa pour dupliquer les formeurs , les longerons , les longerons et les nervures d'un avion pleine grandeur d'époque, ou, sur des modèles plus grands (généralement motorisés) où le poids est inférieur à un facteur, des feuilles de bois, du polystyrène expansé et des placages de bois peuvent être utilisés. On lui donne ensuite une surface scellée lisse, généralement avec de la pâte d' avion. Pour les modèles légers, du papier de soie est utilisé. Pour les modèles plus grands (généralement motorisés et radiocommandés), des films plastiques thermodurcissables ou thermorétractables ou des tissus synthétiques thermorétractables sont appliqués sur le modèle. Le revêtement de microfilm est utilisé pour les modèles les plus légers et est fabriqué en étalant quelques gouttes de laque sur plusieurs pieds carrés d'eau et en soulevant une boucle de fil à travers, ce qui crée un mince film plastique. Les modèles volants peuvent être assemblés à partir de kits, construits à partir de plans ou entièrement fabriqués à partir de zéro. Un kit contient la matière première nécessaire, généralement des pièces en bois découpées à l'emporte-pièce ou au laser, certaines pièces moulées, des plans, des instructions de montage et peut avoir été testé en vol. Les plans sont destinés au maquettiste plus expérimenté, puisque le constructeur doit fabriquer ou trouver lui-même les matériaux. Les constructeurs de Scratch peuvent dessiner leurs propres plans, et source tous les matériaux eux-mêmes. Toute méthode peut nécessiter beaucoup de main-d'œuvre, selon le modèle en question.

Pour augmenter l'accessibilité du passe-temps, certains fournisseurs proposent des modèles presque prêts à voler (ARF) qui minimisent les compétences requises et réduisent le temps de construction à moins de 4 heures, contre 10 à 40 ou plus pour un kit traditionnel. Des avions radiocommandés prêts à voler (RTF) sont également disponibles, mais la construction de modèles reste une partie intégrante du passe-temps pour beaucoup. Pour une approche plus grand public, les mousses moulées par injection à partir de mousse légère (parfois renforcée) ont rendu le vol en intérieur plus accessible et beaucoup ne nécessitent guère plus que la fixation de l'aile et du train d'atterrissage.

Planeurs

modèle de planeur montrant une structure interne typique

Les planeurs n'ont pas de groupe motopropulseur attaché . Les plus grands modèles de planeurs d'extérieur sont généralement des planeurs radiocommandés et treuillés à la main contre le vent par une ligne attachée à un crochet sous le fuselage avec un anneau, de sorte que la ligne tombe lorsque le modèle est au-dessus de la tête. D'autres méthodes incluent le lancement par catapulte, à l'aide d'un cordon élastique . Le nouveau style "discus" de lancement manuel du bout d'aile a largement supplanté le type de lancement "javelin" antérieur. Utilisant également des treuils électriques au sol, le remorquage à la main et le remorquage en altitude à l'aide d'un deuxième avion motorisé.

Les planeurs maintiennent leur vol grâce à l'exploitation du vent dans l'environnement. Une colline ou une pente produira souvent des courants d'air ascendants qui soutiendront le vol d'un planeur. C'est ce qu'on appelle le vol en pente , et les planeurs radiocommandés peuvent rester en l'air aussi longtemps que le courant ascendant persiste. Un autre moyen d'atteindre de la hauteur dans un planeur est l'exploitation des thermiques , qui sont des colonnes d'air chaud ascendant créées par des différences de température au sol, comme entre un parking asphalté et un lac. L'air chauffé monte, emportant le planeur avec lui. Comme avec un avion propulsé, soulevezest obtenu par l'action des ailes lorsque l'avion se déplace dans les airs, mais dans un planeur, la hauteur est gagnée en volant dans l'air qui monte plus vite que l'avion ne coule.

Les planeurs à pied sont des modèles réduits d'avions légers pilotés dans l' ascenseur de crête produit par le pilote suivant à proximité. En d'autres termes, le planeur est en vol de pente dans le courant ascendant du pilote en mouvement (voir aussi Vol en pente contrôlable ).

Sources d'alimentation

Modèle typique à propulsion par caoutchouc dont l'élastique (caché dans le fuselage) est serré en tournant l'hélice vers l'arrière, ici avec une manivelle

Les modèles motorisés contiennent un groupe motopropulseur embarqué , un mécanisme alimentant la propulsion de l'avion dans les airs. Les moteurs électriques et les moteurs à combustion interne sont les systèmes de propulsion les plus courants, mais d'autres types incluent les fusées , les petites turbines , les jets d'impulsion , les gaz comprimés et les dispositifs à élastiques à tension (tordus).

Caoutchouc

La plus ancienne méthode d'alimentation des modèles de vol libre est le moteur élastique (ou moteur extensible) d' Alphonse Pénaud de 1871, essentiellement un long élastique.qui est tordu pour ajouter de la tension, avant le vol. C'est le groupe motopropulseur le plus utilisé, que l'on trouve sur tout, des jouets pour enfants aux modèles de compétition. L'élastique offre simplicité et durabilité, mais a une courte durée de fonctionnement, et le couple initial élevé d'un moteur entièrement enroulé chute brusquement avant de se stabiliser à une sortie stable, jusqu'à ce que les derniers tours se déroulent et que la puissance chute complètement. L'utiliser efficacement est l'un des défis du vol en caoutchouc compétitif en vol libre, et les hélices à pas variable, l'incidence différentielle de l'aile et de l'empennage et les réglages du gouvernail, contrôlés par des minuteries, peuvent aider à gérer le couple. Il y a aussi généralement des restrictions de poids moteur dans les classes de concours. Malgré tout, les modèles ont réalisé des vols de près d'une heure. [4] [5]

Gaz comprimés

Le gaz comprimé stocké, généralement du dioxyde de carbone (CO 2 ), peut alimenter des modèles simples d'une manière similaire au remplissage d'un ballon puis à sa libération. Le CO 2 comprimé peut également être utilisé pour alimenter un moteur à détente pour faire tourner une hélice . Ces moteurs peuvent incorporer des commandes de vitesse et plusieurs cylindres, et sont capables de propulser des avions radiocommandés à échelle légère . Gasparin et Modela sont deux constructeurs récents de moteurs CO 2 . Le CO 2 , comme le caoutchouc, est appelé énergie "froide" car il ne génère pas de chaleur.

La vapeur est encore plus ancienne que l'énergie du caoutchouc et, comme le caoutchouc, a beaucoup contribué à l'histoire de l'aviation , elle est maintenant rarement utilisée. En 1848, John Stringfellow a piloté un modèle à vapeur, à Chard, Somerset , Angleterre . Samuel Pierpont Langley a construit des modèles à vapeur et à combustion interne qui effectuaient de longs vols.

Le baronnet Sir George Cayley a construit et piloté des modèles réduits de moteurs d'avion à combustion interne et externe alimentés à la poudre à canon en 1807, 1819 et 1850. Ceux-ci n'avaient pas de manivelle, des clapets de type ornithoptère au lieu d'une hélice. Il a émis l'hypothèse que le carburant pourrait être trop dangereux pour les avions pilotés.

Combustion interne

"Échelle géante" 18 pieds 6 pouces (5,64 m) d'envergure Lockheed C-130 Hercules modèle volant radiocommandé propulsé par quatre moteurs à combustion interne. Un équipage de cinq personnes le vole et l'entretient.

Pour les modèles plus grands et plus lourds, le groupe motopropulseur le plus populaire est le moteur à bougie de préchauffage . Les moteurs incandescents sont alimentés par un mélange de méthanol à combustion lente , de nitrométhane et de lubrifiant ( huile de ricin ou huile synthétique ), qui est vendu pré-mélangé comme carburant incandescent. Les moteurs à incandescence nécessitent un mécanisme de démarrage externe; la bougie de préchauffage doit être chauffée jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment chaude pour enflammer le carburant pour démarrer. Les cylindres alternatifs appliquent un couple à un vilebrequin en rotation , qui est la puissance de sortie principale du moteur. Une partie de la puissance est perdue lors de la conversion du mouvement linéaire en rotation et dans la chaleur perdue et le carburant non brûlé, de sorte que l'efficacité est faible.

Moteurs d'avions modèles réduits

Ceux-ci sont évalués en fonction de la cylindrée du moteur et vont de 0,01 cu in (0,16 cc) à plus de 1,0 cu in (16 cc). Les plus petits moteurs peuvent faire tourner une hélice de 3,5 pouces (8,9 cm) à plus de 30 000 tr/min, tandis que les plus gros moteurs tournent à 10-14 000 tr/min.

Les moteurs à incandescence les plus simples utilisent le cycle à deux temps . Ces moteurs sont peu coûteux et offrent le rapport puissance / poids le plus élevé de tous les moteurs à incandescence, mais sont bruyants et nécessitent des silencieux à chambre d'expansion importants, qui peuvent être réglés . Les moteurs à préchauffage à quatre temps , qu'ils utilisent des soupapes à champignon ou plus rarement des soupapes rotatives, sont plus économes en carburant, mais fournissent moins de puissance que les moteurs à deux temps similaires. La puissance qu'ils délivrent est plus adaptée pour faire tourner des hélices de plus grand diamètre pour des cellules plus légères et à plus grande traînée, comme dans les biplans .. Les moteurs à quatre temps sont maintenant populaires car ils sont plus silencieux que les moteurs à deux temps et sont disponibles dans des configurations de moteurs jumeaux et radiaux opposés horizontalement . Les variantes incluent les moteurs à plusieurs cylindres, le fonctionnement à essence à allumage par étincelle, le fonctionnement au diesel à carburateur et les moteurs à taux de compression variable. Les diesels sont préférés pour l'endurance et ont un couple plus élevé, et pour une capacité donnée, peuvent "balancer" une hélice plus grande qu'un moteur à incandescence. La fabrication à domicile de moteurs d'avions miniatures est un passe-temps à part entière.

Jets et fusées

Turbine à réaction miniature

Les premiers modèles d'avions de style "réacteur" utilisaient un ventilateur à hélice multipale , à l'intérieur des conduits, généralement dans le fuselage. Les ventilateurs étaient généralement alimentés par des moteurs 2 temps à haut régime. Ils avaient généralement des déplacements de 0,40 à 0,90 cu in (6,6 à 14,7 cc), mais certains étaient aussi petits que 0,049 cu in (0,80 cc). Cette conception de ventilateur dans le tube a été adoptée avec succès pour les jets à propulsion électrique, tandis que les avions à ventilateur canalisé à moteur incandescent sont désormais rares. Petite turbine à réactionLes moteurs sont maintenant utilisés dans des modèles amateurs qui ressemblent à des versions simplifiées des turboréacteurs trouvés sur les avions commerciaux, mais ne sont pas réduits car les chiffres de Renold entrent en jeu. La première turbine développée par un amateur a été développée et pilotée dans les années 1980, mais ce n'est que récemment que des exemples commerciaux sont devenus facilement disponibles. Les turbines nécessitent une conception spécialisée et une fabrication de précision, et certaines ont été construites à partir d' unités de turbocompresseur de moteur de voiture . Posséder ou exploiter un avion à turbine est d'un coût prohibitif et de nombreux clubs nationaux d'aéromodélisme (comme l' Academy of Model Aeronautics des États-Unis ) exigent que leurs membres soient certifiés pour les utiliser en toute sécurité. [6] Bombe volante V-1 type PulsejetDes moteurs ont également été utilisés car ils offrent plus de poussée dans un boîtier plus petit qu'un moteur à incandescence traditionnel, mais ne sont pas largement utilisés en raison des niveaux de bruit extrêmement élevés qu'ils produisent et sont illégaux dans certains pays.

Les moteurs de fusée sont parfois utilisés pour propulser les planeurs et les planeurs et le premier moteur de fusée construit à cet effet remonte aux années 1950. Celui-ci utilise des pastilles de combustible solide, allumées par une mèche fusible avec un boîtier réutilisable. Les Flyers peuvent désormais également utiliser des moteurs de fusée à usage unique pour fournir une courte rafale de puissance de moins de 10 secondes. Les restrictions gouvernementales dans certains pays rendaient la propulsion des fusées rare, mais celles-ci étaient assouplies dans de nombreux endroits et leur utilisation se développait, mais une reclassification de «dispositifs produisant de la fumée» à «feux d'artifice» les a rendus difficiles à obtenir à nouveau.

Énergie électrique

Petit modèle à propulsion électrique d'un Blériot XI d'avant la Première Guerre mondiale

Les modèles électriques utilisent un moteur électrique alimenté par une source d'électricité - généralement une batterie . L'énergie électrique a commencé à être utilisée sur les modèles dans les années 1970, mais le coût a retardé son utilisation généralisée jusqu'au début des années 1990, lorsque des technologies de batterie plus efficaces et des moteurs sans balais sont devenus disponibles, tandis que les coûts des moteurs, des batteries et des systèmes de contrôle ont chuté de façon spectaculaire. L'énergie électrique prédomine désormais avec les modèles park-flyer et 3D-flyer , tous deux petits et légers, où l'énergie électrique offre une plus grande efficacité et fiabilité, moins d'entretien et de désordre, un vol plus silencieux et une réponse de l'accélérateur quasi instantanée par rapport aux moteurs à essence.

Les premiers modèles électriques utilisaient des moteurs à courant continu à balais et des cellules rechargeables au nickel-cadmium (NiCad) qui donnaient des temps de vol de 5 à 10 minutes, tandis qu'un moteur à incandescence comparable offrait le double du temps de vol. Les systèmes électriques ultérieurs utilisaient des moteurs à courant continu sans balais plus efficaces et des batteries à hydrure métallique de nickel (NiMh) de plus grande capacité, ce qui permettait d'améliorer considérablement les temps de vol. Les batteries au cobalt et au lithium polymère (LiPoly ou LiPo) permettent aux temps de vol électriques de dépasser ceux des moteurs à incandescence, tandis que les batteries au lithium fer phosphate plus robustes et durables, sans cobalt, deviennent également populaires. Énergie solaireest également devenu pratique pour les amateurs de R/C, et en juin 2005, un vol record de 48 heures et 16 minutes a été établi en Californie. Il est maintenant possible d'alimenter la plupart des modèles de moins de 20 lb (9,1 kg) avec de l'électricité pour un coût équivalent ou inférieur aux sources d'alimentation traditionnelles.

Les développements récents ont abouti à l'utilisation de moteurs triphasés sans balais dans l'aviation modèle. Les moteurs sans balais sont plus puissants et offrent un couple et une efficacité supérieurs. La conception des moteurs sans balais signifie également moins de friction interne, car il n'est pas nécessaire que les balais soient en contact avec des pièces rotatives. Cette augmentation de l'efficacité se traduit par des temps de vol plus longs. [sept]

Types de propulsion

La plupart des modèles réduits d'avions motorisés, y compris les modèles électriques, à combustion interne et à élastique, génèrent une poussée en faisant tourner une hélice. L' hélice est le dispositif le plus couramment utilisé. Les hélices génèrent une poussée en raison de la portance générée par les sections en forme d'aile des pales, ce qui force l'air vers l'arrière.

Hélices

Une hélice de grand diamètre et à faible pas offre une poussée et une accélération supérieures à faible vitesse, tandis qu'une hélice de petit diamètre et à pas plus élevé sacrifie l'accélération pour des vitesses maximales plus élevées. Le constructeur peut choisir parmi une sélection d'hélices adaptées au modèle, mais une hélice inadaptée peut compromettre les performances et, si elle est trop lourde, provoquer une usure excessive du groupe motopropulseur. Les hélices d'avions modèles sont généralement spécifiées en diamètre × pas, en pouces. Par exemple, une hélice 5 x 3 a un diamètre de 5 pouces (130 mm) et un pas de 3 pouces (76 mm). Le pas est la distance sur laquelle l'hélice avancerait si elle tournait d'un tour dans un milieu solide. Les hélices à deux et trois pales sont les plus courantes.

Trois méthodes sont utilisées pour transférer l'énergie à l'hélice :

  • Les systèmes à entraînement direct ont l'hélice fixée directement au vilebrequin ou à l'arbre de transmission du moteur. Cet agencement est préférable lorsque l'hélice et le groupe motopropulseur fonctionnent tous les deux près de l'efficacité maximale à des régimes similaires . L'entraînement direct est le plus courant avec les moteurs à essence. Très rarement, certains moteurs électriques sont conçus avec un couple suffisamment élevé et une vitesse suffisamment faible et peuvent également utiliser un entraînement direct. Ces moteurs sont généralement appelés outrunners .
  • L'entraînement de réduction utilise des engrenages pour réduire le régime de l'arbre, de sorte que le moteur peut tourner beaucoup plus rapidement. Plus le rapport d'engrenage est élevé, plus l'hélice tournera lentement, ce qui augmente également le couple d'environ le même rapport. Ceci est courant sur les modèles plus grands et sur ceux avec des hélices inhabituellement grandes. L'entraînement de réduction adapte le groupe motopropulseur et l'hélice à leurs vitesses de fonctionnement optimales respectives. Les hélices à engrenages sont rares sur les moteurs à combustion interne, mais sont courantes sur les moteurs électriques car la plupart des moteurs électriques tournent extrêmement vite, mais manquent de couple.
  • Un rapport de démultiplication intégré de 2: 1 peut être obtenu en fixant l'hélice à l' arbre à cames plutôt qu'au vilebrequin d'un moteur à quatre temps, qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. [8]

Ventilateurs canalisés

Les ventilateurs canalisés sont des hélices multipales enfermées dans un conduit ou un tube cylindrique qui peut ressembler et s'adapter dans le même espace qu'un moteur à réaction. Ils sont disponibles pour les moteurs électriques et à carburant liquide, bien qu'ils ne soient devenus courants qu'avec les récentes améliorations de la technologie de vol électrique. Un modèle réduit d'avion peut désormais être équipé de quatre ventilateurs électriques pour moins que le coût d'une seule turbine à réaction, permettant une modélisation abordable d'avions multimoteurs. Comparé à une hélice non carénée, un ventilateur caréné génère plus de poussée pour la même zone et des vitesses allant jusqu'à 200 mph (320 km / h) ont été enregistrées avec des avions à ventilateur caréné à propulsion électrique, en grande partie en raison des régimes plus élevés possibles avec un ventilateur caréné. hélices. Les ventilateurs canalisés sont populaires auprès des modèles réduits d'avions à réaction, où ils imitent l'apparence des moteurs à réaction, mais on les trouve également sur des modèles non réduits et sportifs, et même sur des dépliants 3D légers.

Petit ornithoptère, conçu pour ressembler à un colibri

Autre

Chez les ornithoptères , le mouvement de la structure de l'aile imite le battement d'ailes des oiseaux vivants , produisant à la fois une poussée et une portance .

Compétitions

Des compétitions mondiales sont organisées par la FAI dans les classes suivantes :

  • Classe F - modèle réduit d'avion
    • F1(x) – Vol libre (A,B,C,D,E,G,H,P,Q)
    • F2(x) – Ligne de contrôle (A, B, C, D, E)
    • F3A - Voltige radiocommandée
    • F3B - Soaring radiocommandé (multitâche)
    • F3C - Hélicoptères radiocommandés
    • F3D – Pylône Racing
    • F3F - Soaring radiocommandé (pente)
    • F3J - Soaring radiocommandé (durée)
    • F3K - Planeurs à lancement manuel
    • F3M - Grande voltige radiocommandée
    • F3P - Voltige intérieure radiocommandée
    • F5B - Planeur à moteur électrique - Multi-tâches (tenu une année sur deux uniquement)
    • F5D - Course de pylônes électriques
    • F5J - Planeur à moteur électrique - Durée thermique
    • FAI – Course de drones (F3U)
  • Classe S - modèle spatial
  • Classe U - véhicule aérien sans pilote

Vol libre (F1)

La Wakefield Gold Challenge Cup est une compétition internationale de mannequinat nommée en l'honneur du donateur, Lord Wakefield , qui s'est tenue pour la première fois le 5 juillet 1911 au Crystal Palace en Angleterre. Il y a eu des concours en 1912, 1913 et 1914. Aucun concours n'a eu lieu jusqu'en 1927, lorsque la Society of Model Aeronautical Engineers (SMAE) a approché Lord Wakefield pour un nouveau trophée d'argent plus grand pour la compétition internationale. Ce trophée est l'actuelle Coupe internationale de Wakefield et a été décerné pour la première fois en 1928. La SMAE a organisé les compétitions internationales jusqu'en 1951, date à laquelle la FAI a pris le relais, et a depuis été récompensée pour la catégorie caoutchouc-pouvoir aux Championnats du monde de vol libre de la FAI. Les classes de vol libre FAI (F1) comprennent :

  • F1A – Planeurs
  • F1B – Modèle réduit d'avion avec moteurs extensibles (élastiques) – Trophée Wakefield
  • F1C - Modèle réduit d'avion (à combustion de 2,5 cm3 (0,15 cu in))
  • F1D - Modèle réduit d'avion d'intérieur
  • F1E - Planeurs avec direction automatique
  • F1N - Planeurs intérieurs à lancement manuel
  • F1P - Modèle réduit d'avion (moteur à combustion 1.0cc)
  • F1Q - Modèle réduit d'avion à propulsion électrique
  • F1G – Modèle réduit d'avion à moteurs extensibles (élastiques) « Coupe d'hiver » (provisoire)
  • F1H – Planeurs (provisoire)
  • F1J - Modèle réduit d'avion (provisoire) (moteur à combustion 1,0 cm3 (0,061 cu in))
  • F1K - Modèle réduit d'avion avec moteurs CO 2 (provisoire)
  • F1L - Modèle d'avion EZB de zone intérieure (provisoire)
  • F1M - Modèle réduit d'avion intérieur (provisoire)
  • F1R - Modèle réduit d'avion d'intérieur "Micro 35" (provisoire)
  • F1S - Petit modèle d'avion à propulsion électrique "E36"

Ligne de contrôle (F2)

Modèles de ligne de contrôle de classe F2C

Aussi appelé U-Control aux États-Unis, il a été lancé par le regretté Jim Walker qui, pour le spectacle, pilotait souvent trois modèles à la fois. Normalement, le modèle est piloté en cercle et contrôlé par un pilote au centre tenant une poignée reliée à deux fils d'acier minces. Les fils se connectent à travers le bout d'aile intérieur de l'avion à un mécanisme qui traduit le mouvement de la poignée vers l'élévateur de l'avion, permettant d'effectuer des manœuvres le long de l'axe de tangage de l'avion. Le pilote tournera pour suivre le modèle qui tourne, la convention étant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour le vol en palier.

Pour le système de ligne de contrôle conventionnel, la tension dans les lignes est nécessaire pour assurer le contrôle. La tension de la ligne est maintenue en grande partie par la force centrifuge . Pour augmenter la tension de la ligne, les modèles peuvent être construits ou ajustés de différentes manières. Décalage du gouvernail et vecteur de poussée(en inclinant le moteur vers l'extérieur) inclinez le modèle vers l'extérieur. La position où les suspentes sortent de l'aile peut compenser la tendance de la traînée aérodynamique des suspentes à faire lacet le modèle vers l'intérieur. Le poids sur l'aile extérieure, une aile intérieure qui est plus longue ou a plus de portance que l'aile extérieure (ou même pas d'aile extérieure du tout) et le couple d'une hélice tournant à gauche (ou volant dans le sens des aiguilles d'une montre) ont tendance à faire rouler le modèle vers l'extérieur . Le poids des bouts d'aile, le couple de l'hélice et la vectorisation de la poussée sont plus efficaces lorsque le modèle se déplace lentement, tandis que le décalage du gouvernail et d'autres effets aérodynamiques ont plus d'influence sur un modèle en mouvement rapide.

Depuis son introduction, le vol en ligne de contrôle est devenu un sport de compétition. Il existe des catégories de concours pour les modèles de ligne de contrôle, notamment la vitesse, la voltige (AKA Stunt), la course, le transporteur de la marine, le buste de ballon, l'échelle et le combat. Il existe des variations sur les événements de base, y compris les divisions par taille et type de moteur, catégories de compétences et âge de la conception du modèle.

Les événements sont en grande partie originaires des États-Unis et ont ensuite été adaptés pour une utilisation internationale. Les règles de la compétition américaine sont disponibles auprès de l'Academy of Model Aeronautics. Les règles internationales sont définies par la Fédération Aéronautique Internationale (FAI). Les championnats du monde ont lieu tous les six mois à travers le monde, le plus récemment en 2008 en France, avec une liste limitée d'événements - des variétés spéciales de course (F2C ou "Team Race"), de combat (F2D) et de vitesse (F2A), toutes limitées à moteurs déplaçant 0,15 cu. in (2.5cc) et Stunt (F2b) qui est essentiellement illimité en termes de conception et de taille.

La CIAM (FAI Aeromodelling Commission) a conçu ces classes pour la catégorie F2 Control Line :

F2A
Vitesse CL
F2B
Voltige CL
F2C
Course par équipe CL

La classe internationale de course est appelée F2C (F2 = Control-line, C=racing) ou Team Race. Un pilote et un mécanicien s'affrontent en équipe pour faire voler de petits modèles de course semi-échelle de 370 g (13 oz) et 65 cm (26 po) d' envergure sur une surface goudronnée ou en béton. Les lignes mesurent 15,92 m (52,2 pi) de long.

Trois pilotes, plus des équipes de mécaniciens, s'affrontent simultanément dans le même cercle, et l'objectif est de terminer le parcours déterminé le plus rapidement possible. La taille du réservoir est limitée à 7 cm3 (0,43 cu in), nécessitant 2 ou 3 ravitaillements en carburant pendant la course.

Le mécanicien se tient dans une zone des stands à l'extérieur du cercle de vol marqué. Le moteur est démarré et le modèle libéré au signal de départ. Pour le ravitaillement, le pilote opérera une coupure de carburant par un mouvement de descente rapide de la gouverne de profondeur après le nombre de tours prévu afin que le modèle puisse s'approcher du mécanicien à une vitesse optimale, soit environ 31 mph (50 km/h). Le mécanicien attrapera le modèle par l'aile, remplira le réservoir à partir d'un bidon sous pression à l'aide d'un tuyau et d'une valve à doigt, puis redémarrera le moteur en actionnant l'hélice avec son doigt. Un arrêt au stand prend généralement moins de trois secondes.

Le parcours est de 6,2 mi (10 km), avec 100 tours. Les vitesses de vol sont d'environ 200 km/h (120 mph), ce qui signifie que les pilotes effectueront un tour en environ 1,8 seconde. La traction de ligne due à la force centrifuge est de 19 lbf (85 N). Un modèle de dépassement sera piloté au-dessus de la tête des pilotes concurrents de modèles plus lents.

Après deux tours de manches éliminatoires, les 6, 9 ou 12 équipes les plus rapides entrent dans deux tours de demi-finale, et les trois équipes les plus rapides des demi-finales vont à la finale, qui se déroule sur le double parcours. Des moteurs diesel à allumage par compression monocylindre à deux temps conçus à cet effet jusqu'à 2,5 cm3 (0,15 cu in) sont utilisés. Au niveau des championnats du monde, il est courant que les concurrents conçoivent et construisent leurs propres moteurs. La puissance de sortie approche 0,8 ch (0,60 kW) à 25 000 tr/min.

F2D - CL Combat

CLASS F2D - Control Line Combat Model Aircraft - Deux pilotes s'affrontent, avec quatre mécaniciens dans la fosse. Les avions sont légers et très trapus afin de manœuvrer rapidement dans les airs. Chacun a une banderole en papier crépon de 8 pi 2 po (2,5 m) attachée à l'arrière de l'avion par une ficelle de 3 m (9,8 pi). Chaque pilote n'attaque que la banderole de l'autre avion, pour tenter de la couper avec son hélice ou son aile. Chaque coupe rapporte 100 points. Chaque seconde où le modèle est en l'air marque un point et le match dure 4 minutes à partir du signal du starter. À la vitesse de près de 120 mph (200 km / h) de l'avion, les erreurs entraînent souvent des dommages en cas de collision, de sorte que deux avions sont autorisés pour chaque match. Les mécaniciens sont préparés pour les crashs et démarreront rapidement le deuxième avion et transféreront la banderole vers le modèle de réserve avant le lancement. L'action est si rapide qu'un observateur peut manquer les coupes des banderoles. Une deuxième défaite élimine un concurrent, et le dernier pilote encore en vol l'emporte. COMMISSION AEROMODELE FAI (CIAM)

Vol radiocommandé (F3)

F3A
Avion de voltige RC
F3B
Planeurs multitâches RC
F3C
Hélicoptères de voltige RC
F3D
Avions RC Pylon Racing

Les courses de pylônes font référence à une classe de courses aériennes pour les modèles réduits d'avions radiocommandés qui volent à travers un parcours de pylônes. [9] Le sport est similaire à la série mondiale Red Bull Air Race à grande échelle.

F3F
Planeurs RC Slope Soaring
F3J
Planeurs de durée thermique RC
F3K
Planeurs de lancement manuel RC
F3M
Grand avion de voltige RC
F3N
Hélicoptères de voltige RC Freestyle
F3P
Avion de voltige intérieur RC
F3H
Planeurs RC Soaring Cross Country
F3Q
Planeurs RC Aero-Tow
F3R
Avions à technologie limitée RC Pylon Racing
F3S
Avion de voltige à réaction RC
F3T
RC Semi-Scale Pylon Racing avec des avions à technologie contrôlée
F3U
RC multi-rotor FPV Racing

La Coupe du Monde FAI Drone Racing se déroule dans la catégorie F3U (Radio Control Multi-rotor FPV Racing). Il s'agit d'une activité hautement compétitive, impliquant un effort mental et de gros prix en argent.

Aérodynamique du modèle

Un planeur en papier gagnant du concours

Le comportement en vol d'un avion dépend de l'échelle à laquelle il est construit, de la densité de l'air et de la vitesse de vol.

Aux vitesses subsoniques, la relation entre celles-ci est exprimée par le nombre de Reynolds . Lorsque deux modèles à des échelles différentes volent avec le même nombre de Reynolds, le flux d'air sera similaire. Lorsque les nombres de Reynolds diffèrent, comme par exemple un modèle à petite échelle volant à une vitesse inférieure à celle d'un engin de taille normale, les caractéristiques du flux d'air peuvent différer considérablement. Cela peut rendre un modèle à l'échelle exacte impossible à piloter et le modèle doit être modifié d'une manière ou d'une autre. Par exemple, à de faibles nombres de Reynolds, un modèle réduit volant nécessite généralement une hélice plus grande que l'échelle.

La maniabilité dépend de l'échelle, la stabilité devenant également plus importante. Le couple de commande est proportionnel à la longueur du bras de levier tandis que l'inertie angulaire est proportionnelle au carré du bras de levier, de sorte que plus l'échelle est petite, plus un avion ou un autre véhicule tournera rapidement en réponse aux commandes ou aux forces extérieures.

Une conséquence de cela est que les modèles en général nécessitent une stabilité longitudinale et directionnelle supplémentaire , résistant aux changements brusques de tangage et de lacet. Bien qu'il soit possible pour un pilote de réagir assez rapidement pour contrôler un avion instable, un modèle à l'échelle radiocommandé du même avion ne pourrait voler qu'avec des ajustements de conception tels que des surfaces de queue accrues et un dièdre d'aile pour la stabilité, ou avec l' avionique .offrant une stabilité artificielle. Les modèles de vol libre doivent avoir une stabilité à la fois statique et dynamique. La stabilité statique est la résistance aux changements soudains de tangage et de lacet déjà décrits, et est généralement fournie respectivement par les surfaces de queue horizontale et verticale, et par un centre de gravité avant. La stabilité dynamique est la capacité de revenir en vol rectiligne et en palier sans aucune intervention sur les commandes. Les trois modes d'instabilité dynamique sont l'oscillation de tangage ( phugoïde ), la spirale et le roulis hollandais . Un avion avec une queue horizontale trop grande sur un fuselage trop court peut avoir une instabilité phugoïde avec des montées et des plongées croissantes. Avec les modèles de vol libre, cela se traduit généralement par un décrochage ou une boucle à la fin de la montée initiale. Dièdre insuffisantou un balayage en arrière conduira généralement à un virage en spirale croissant. Trop de dièdre ou de balayage provoque généralement un roulis hollandais. Tout dépend de l'échelle, ainsi que des détails de la forme et de la répartition du poids. Par exemple, le planeur en papier illustré ici est un gagnant du concours lorsqu'il est composé d'une petite feuille de papier, mais ira d'un côté à l'autre en rouleau hollandais lorsqu'il sera agrandi même légèrement.

Voir aussi

Notes de bas de page

  1. ^ Scott Mayerowitz, écrivain AP Airlines (18 mars 2015). "Le petit secret du monde des compagnies aériennes : l'engouement pour les modèles réduits d'avions" . ÉTATS-UNIS AUJOURD'HUI .
  2. ^ "Construire un kit d'avion modèle 1948" . www.jitterbuzz.com .
  3. ^ "Modèles de machines volantes" . geocities.com . Archivé de l'original le 28 octobre 2009.
  4. ^ Test du caoutchouc commercial - RJ North, magazine Model Aircraft, février 1961
  5. ^ "Copie archivée" . Archivé de l'original le 29 juin 2008 . Récupéré le 23 octobre 2007 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  6. ^ AMA. "Documents AMA – Turbines" . AMA . Récupéré le 5 octobre 2012 .
  7. ^ "MAS.865 2018 Comment faire quelque chose qui fait (presque) n'importe quoi" . fab.cba.mit.edu . Récupéré le 21 janvier 2022 .
  8. ^ Keith Lawes. "Le moteur 4 temps à soupape à cylindre rotatif (document SAE 2002-32-1828)" (PDF) . Archivé de l'original (PDF) le 12 novembre 2011 . Récupéré le 3 janvier 2012 .
  9. ^ "Course nationale de pylône miniature" . nmpra.net . NMPRA . Récupéré le 6 juillet 2015 .

Références

  • RCadvisor's Model Airplane Design Made Easy , par Carlos Reyes, RCadvisor.com, Albuquerque, Nouveau-Mexique, 2009. ISBN 9780982261323 OCLC 361461928   
  • The Great International Paper Airplane Book , par Jerry Mander, George Dippel et Howard Gossage, Simon and Schuster, New York, 1967. ISBN 0671289918 OCLC 437094   
  • Model Aircraft Aerodynamics , par Martin Simons, Swanley: Nexus Special Interests, 1999. 4e éd. ISBN 1854861905 OCLC 43634314   
  • How to Design and Build Flying Model Airplanes , par Keith Laumer, Harper, New York, 1960. 2e éd., 1970. OCLC 95315 
  • Le Moyen Âge du moteur à combustion interne , par Horst O. Hardenberg, SAE, 1999. ISBN 0768003911 OCLC 40632327   
  • Modèle réduit d'avion et théorie du vol , par Charles Hampson Grant, Jay Publishing Corporation, New York, 1941. OCLC 1336984 
  • Pulling Back the Clouds , par Mike Kelly, Limerick Writers 'Center Publishing, Irlande, 2020. ISBN 9781916065383