Modele latające w zastosowaniach militarnych i cywilnych

Abstract

Wraz z postępem w elektronice, mechanice i technologii materiałowej nastąpił ogromny rozwój modelarstwa lotniczego. Modele latające przestały być tylko elementem sportu i rekreacji, lecz stały się bardzo cenionym narzędziem wykorzystywanym przez wojsko, służby cywilne, jak również naukowców. Na projekty bezzałogowych aparatów latających (BAL) na całym świecie przeznaczane są miliardy dolarów, co świadczy o zapotrzebowaniu na tego typu urządzenia. Praca ta ma na celu poglądowe przedstawienie zastosowań budowy modeli i ich zastosowań.
Autor: Artur Fiedler

1. MODEL LATAJĄCY I JEGO BODOWA

MODEL LATAJĄCY

Precyzyjnej definicji modelu latającego jak dotąd nie opracowano. Według kodeksu sportowego FAI (Fédération Aéronautique Internationale) model to obiekt latający o ograniczonych rozmiarach, posiadający lub nie, źródło napędu, niezdolny do uniesienia istoty ludzkiej. Pewnych regulacji dotyczących modeli można doszukać się również w przepisach lotniczych danego kraju. W przepisach tych najczęściej definiuje się pojęcie samolotu, jako obiektu latającego o masie przekraczającej określoną wartość ( w zależności od kraju może to być masa od 8 do kilkudziesięciu kilogramów), tak więc wszystkie obiekty o mniejszej masie można traktować jako modele. Podstawową klasyfikacją modeli latających jest podział na modele:
– sportowe
– redukcyjne - historyczne
– użytkowe

Można dokonywać również wielu innych klasyfikacji modeli czy to pod względem zastosowań, osiągów, czy też budowy np.:
– płatowce – modele szybowców, motoszybowców itp., w których siła nośna jest wytwarzana na stałych powierzchniach nośnych,
– wiropłaty – modele śmigłowców i wiatrakowców, w których siła nośna jest wytwarzana przez obracające się powierzchnie nośne,
– aerostaty – obiekty lżejsze od powietrza, należą do nich balony i sterowce.

Modele latające są nierozerwalnym elementem rozwoju lotnictwa. Pionierzy zanim zasiedli za sterami skonstruowanych przez siebie szybowców czy samolotów, wykonywali modele i na nich badali swe założenia konstrukcyjne. Po II Wojnie Światowej modelarstwo lotnicze stało się dyscypliną sportów technicznych. To właśnie hobbyści i sportowcy wnieśli ogromny wkład w rozwój modelarstwa lotniczego, czego najlepszym przykładem może być ogromny wyczyn zespołu Maynarda Hilla. 9 sierpnia 2003 roku zespół ten modelem TAM 5 (Trans-Atlantic Model) pokonał odległość 3030 km w czasie niespełna 39 godzin, przelatując nad Oceanem Atlantyckim. Wyczyn ten jest szczególnie godny uwagi ze względu na niewielkie rozmiary modelu. Jego rozpiętość wynosi zaledwie 1830 mm, a masa 4990 g, co jest podyktowane kodeksem FAI.

BUDOWA – MATERIAŁY

Materiałami wykorzystywanymi do budowy modeli są:
– drewno,
– komozyty,
– tworzywa sztuczne,
– metale.
Najpopularniejszym z nich jest drewno. Swoją pozcję zawdzięcza przede wszystkim dostępności, niskiej cenie i łatwości obróbki. Do podstawowych gatunków stosowanego drewna należą:
– balsa – ze względu na bardzo mały ciężar właściwy stosowana jest do wykonywania większości elementów konstrukcyjnych. Jednakże mała wytrzymałość na obciążenia sprawia, iż elementy odpowiedzialne za sztywność konstrukcji oraz przenoszenie dużych sił, muszą być wzmacniane np. włóknem węglowym lub wręcz wykonane w całości z innego materiału,
– sosna – listwy sosnowe ze względu na dużą sztywność i wytrzymałość są stosowane do wykonywania elementów silnie obciążonych, takich jak: podłużnice, dźwigary, listwy natarcia i spływu skrzydeł,
– sklejka – zastępuje balsę w elementach silnie obciążonych oraz poddawanych dużym wibracją. Stosowana jest przede wszystkim do wykonywania wręg kadłubów modeli napędzanych silnikami spalinowym.

Wadą konstrukcji drewnianych jest ich duży stopień skomplikowania. Nawet prosty model składa się z kilkudziesięciu a nawet kilkuset elementów. To sprawia, iż budowa pochłania dużo czasu i w dużej mierze musi być wykonywana ręcznie. Dlatego też obecnie konstrukcje tego typu stosuje się tylko w modelach wykonywanych w pojedynczych egzemplarzach.

W latach dziewięćdziesiątych ogólnodostępne stały się materiały „technologii kosmicznej” takie jak włókna:
– węglowe
– szklane
– kevlarowe

Dzięki bardzo dobrym parametrom wytrzymałościowym stały się one podstawowym materiałem wykorzystywanym do budowy elementów narażonych na duże obciążenia. A w przypadku modeli produkowanych seryjnie, są stosowane do wykonywania praktycznie wszystkich elementów konstrukcyjnych.

NAPĘD

Podstawowym napędem wykorzystywanym w modelarstwie są miniaturowe silniki spalinowe. W niewielkich modelach stosuje się silniki dwusuwowe o zapłonie samoczynnym lub żarowym. Mają one pojemność skokową nieprzekraczającą kilkunastu centymetrów sześciennych i moc dochodzącą do kilku koni mechanicznych. W modelach o większych rozmiarach stosuje się silniki czterosuwowe o zpłonie iskrowym, pojemnościach sięgających 150 cm3 i mocach kilkunasto koni mechanicznych. Wadą napędu spalinowego jest duża masa silnika, jego głośna praca i trudna obsługa. Postęp w dziedzinie silników elektrycznych przyczynił się do upowszechnienia tego napędu.Obecne silniki elektryczne pod wieloma względami dorównują już swymi parametrami silnikom spalinowym, będąc przy tym znacznie cichsze i łatwiejsze w obsłudze. Zaletą silnika elektrycznego jest przede wszystkim możliwość zatrzymania go w czasie lotu i późniejsze jego uruchomienie, co w przypadku silników spalinowych jest trudne w realizacji i wymaga montowania dodatkowych rozruszników elektrycznych. Źródłem energii potrzebnej do zasilania tych silników są baterie akumulatorów, które mimo znacznego postępu są nadalmało wydajne i ciężkie. To uniemożliwia wykonywanie długotrwałych lotów z włączonym silnikiem.

Do napędu modeli stosuje się również silniki turboodrzutowe, swą budową przypominające silniki używane w samolotach odrzutowych. Modele napędzane takimi silnikami mogą osiągać prędkości przekraczające 450 km/h. Stopień skomplikowania i specjalne materiały stosowane do ich produkcji sprawiają, że są one bardzo drogie. Wadą tych konstrukcji jest ich mała żywotność, sięgająca kilku godzin oraz ogromne zużycie paliwa.