自由飛行（模型飛行機）

フリーフライトとは、打ち上げ後に外部からのアクティブな制御がない航空機を扱う模型航空の分野です。フリーフライトは趣味の航空模型の原型であり、競技の目的は、さまざまなクラスパラメータ内で、複数の競技ラウンドで一貫して最長飛行時間を達成する自己制御航空機を構築して打ち上げることです。

フリーフライトの本質は、航空機が無線などの外部制御を必要としないことです。このタイプの航空機は 2 世紀以上にわたって飛行してきました。飛行中に本質的に安定するように設計されており、突風や熱気流によって乱されても、自動的に安定した飛行に戻ります。その安定性は、設計とトリム (重心、翼と尾翼の角度、方向舵の設定の関係) の組み合わせによって実現されます。

フリーフライト機は翼面荷重がはるかに低いため、多くの人が「模型飛行機」と聞いて最初に思い浮かべるエンジン駆動の無線操縦飛行機よりもはるかにゆっくりと飛行します。そのほとんどは歩く速度よりわずかに速い速度で滑空し、重量が 500 グラムを超えるものはほとんどありません。

通常、フリーフライト競技の唯一の目的は飛行時間であり、このスポーツの魅力と課題の 1 つは、最小重量、最大翼面積、動力などのさまざまなパラメーターの競技制限内で、最も効率的な航空機を設計することです。

自由飛行モデルは大きく4つのカテゴリーに分けられる。^[1]

• グライダー（曳航式および手投げ式）
• ゴム動力（純粋な持続時間、持続時間に応じてスケール）
• 電力（CO2 _、メタノール燃料グローエンジン、または電気）
• 屋内（純粋な持続時間、持続時間に応じたスケール）

競技飛行の場合、通常は飛行時間を最大にすることが目標となります。屋外で飛行する模型の場合、製作者は上昇気流、つまりサーマルに模型を打ち上げようとします。これらの屋外自由飛行模型は、動力または牽引で急速に上昇するモードと、最小の落下率で旋回しながらゆっくり滑空するモードという、2 つの非常に異なる飛行モードに合わせて設計される傾向があります。これらの模型を設計して飛行させる際の課題の多くは、両方のモードで空気力学的安定性を維持し、それらの間をスムーズに移行することです。最近の模型では、機械式または電子式のタイマーを使用して、あらかじめ設定された時間に操縦翼面を動かします。打ち上げるサーマルを検出することは非常に重要であり、チャート レコーダーにプロットされた無線遠隔測定による温度と風速の測定値から、上昇気流を視覚化するためのマイラー ストリーマーやシャボン玉まで、さまざまな方法があります。

競技では通常、1 日中に最大 7 ラウンドが行われ、各ラウンドはサーマル アシストなしでは達成が難しい最大飛行時間まで飛行します。機内の自動タイム スイッチは、最大飛行時間に達すると機体のトリムを反転させ、機体を安全かつ迅速に降下させます。次の飛行のために機体の位置を特定し回収することは、フリー フライトの重要な部分です。多くの機体は無線位置ビーコンを搭載しており、パイロットは GPS、双眼鏡、コンパス、方向感知型無線追跡受信機を使用して支援します。1 日の飛行と回収には、風の強さに応じて、徒歩または自転車で 20 マイル (32 km) ほどかかることもあります。

屋内で飛行するモデルは上昇気流に依存しませんが、ゴムや電源に蓄えられるエネルギーが限られているため、飛行効率が最大になるように設計する必要があります。

各カテゴリーには、さまざまなクラスがあります。通常、国際航空連盟(FAI) の世界選手権クラス、いわゆるミニクラス、オープンクラス、および地域または国内の競技会が開催される可能性のある国内または非公式のクラスがいくつもあります。FAI によって指定された競技会分類コードでは、フリーフライト エアロモデリングには F1 という汎用コードが与えられます。ここで、「F」は一般的な飛行模型飛行機を表し、「1」はフリーフライト モデル専用を表します。

グライダーには機内に動力源がありません。唯一のエネルギー入力は、離陸と飛行中に遭遇する上昇気流です。離陸中、多くのグライダーは 60G 以上 (有人航空機にかかるストレスをはるかに上回る) に耐え、時には 140 km/h を超える速度で離陸し、このエネルギーを高度に変換します。これは、多くの構造に広く使用されているカーボン (グラファイト)、グラスファイバー、ケブラーなどの複合材料の出現によって初めて可能になりました。

FAI グライダー クラスは F1A で、A/2 またはノルディック グライダーとも呼ばれます。このモデルの投影面積 (主翼と安定板) は 32～34 dm ²、最小重量は 410 g でなければなりません。離陸は凧を曳くのと同様に、50 m の長さの曳き綱を使って手で曳いて行います。曳き綱の段階では、グライダーを小径で滑空させてから風に逆らって引き上げることで、グライダーを制御できます。モデルを離陸させると決定したら、競技者はモデルがスピードを上げるために走ります。モデルが頭上で最高速度に達すると、曳き綱が解放され、メカニズムによって曳き綱がモデルから解放され、速度を高度に変換する事前プログラムされたパターンが開始されます。最新の F1A グライダーは、80 メートルも高度を追加で獲得できる場合があります。ミニ グライダー クラスは A/1 (F1H) です。 A/1 グライダーは、総面積が 18 dm ²未満で、重量が少なくとも 220 g である必要があります。オープン グライダー コンテストはほとんど行われず、そのようなコンテストの参加者のほとんどは F1A グライダーを使用します。その他のグライダー クラスには、基本的にフリー フライト スロープ ソアリング クラスであるマグネット ステアリング (F1E) グライダーと、ハンド ランチ グライダー (通常は HLG と略され、単にチャック グライダーとしても広く知られています) があります。HLG は、強く投げるだけで平地から発進する小型モデルです。これは、フリー フライトの競技の中でも、より運動量の多い競技の 1 つです。

ゴム動力モデルは、ねじれた弾性材料に蓄えられたエネルギーで駆動します。これらのモデルは、多くのおもちゃ屋で販売されている単純なゴムバンド駆動のおもちゃから、オープン ラバー クラスまでさまざまです。オープン ラバー クラスでは、多くの場合、"モーター" に 200 g のゴムが使用されています。ゴムは一定の出力を生成しません。完全に巻き上げられたゴム モーターは最大トルクを生成しますが、最初は急速に低下して "プラトー" 状態になり、最終的に再び低下し、その後プロペラが停止します。この最初のバーストを効率的に使用することが重要です。自動可変ピッチ プロペラは、タイマー操作による翼と尾翼の迎え角と方向舵の設定の変更とともに、ここで役立ちます。動力走行の最後に、ブレードは機体に沿って折り畳まれ、滑空中の抗力を最小化します。

FAIのラバークラスはF1Bで、ウェイクフィールドとしても知られています。チャールズ・デニス・ラッシングはウェイクフィールドカップの歴史について書いています。^[2] F1Bモデルは最大30gのラバーモーターを搭載でき、機体の空虚重量は少なくとも200gでなければなりません。モデルの最大総面積は19dm ²未満でなければなりません。ミニラバークラスはクーペ・ディヴェール（F1Gとも呼ばれる）です。「クーペ」モデルには面積制限はありません。許可されるラバーの最大重量は10gで、機体の最小空虚重量は70gです。オープンラバーは、大量のラバーを詰め込んだ大型モデルを特徴とする人気のあるイベントです。オープンモデルは、飛行重量の50%がラバーで構成されることがよくあります。

F1D (下記の「屋内」を参照) は、広い屋内空間で飛行できるように設計された、繊細で軽量、低速飛行、長時間飛行 (30 分以上) のゴム動力航空機のクラスです。

P-30 は、初心者に人気の競技です。P-30 では、改造されていない市販のプラスチック製プロペラを使用する必要があります。P-30 の最大翼幅と全長は 30 インチ (76.2 cm) で、使用するゴムは最大 10 g です。空の機体の重量は少なくとも 40 g である必要があります。

サイエンス オリンピックのライトスタッフ コンテストも非常に人気があります。ルールと寸法制限は毎年異なりますが、ブレット サンボーンなど多くの著名な飛行家はサイエンス オリンピックからスタートしました。このコンテスト用の飛行機は通常、バルサのフレームとマイラーで覆われた翼、および市販の固定ピッチ プロペラで構成されています。ゴム製のモーターは通常、15:1 の巻き取り機で巻き取られます。

最もよく知られている初心者向けのゴム動力モデルは、AMAカブ (米国では「AMA デルタ ダート」としても知られています)、デニー ダート、カナーシー カナリー、スクワレルです。これらは、ワークショップや初心者が組み立てや飛行について学ぶ際によく使用されます。

Darcy Whyte が設計した Squirrel は、最も簡単に作ることができます。Squirrel の設計図は無料でダウンロードできます。

最も小さなゴム動力の模型飛行機は、1931年にフィラデルフィアの高校生によって作られたもので、「フライング・フリー」と呼ばれ、長さは1.25インチで、約1分間空中に留まることができました。^[3]

パワーモデルは、ゴムモーター以外のオンボード動力源を備えたモデルです。これは多くの場合内燃エンジンであり、エンジンの稼働時間は限られており、通常はわずか5秒です。できるだけ高く上昇し、低い揚力係数で抗力を最小にし、その後低速飛行のグライダーに転換する必要がある航空機を設計することは、航空特有の課題です。ただし、このカテゴリには、圧縮ガスモーターと電力も含まれます。FAIパワークラスはF1Cです。F1Cモデルは最大2.5ccの内燃エンジンを搭載し、1ccあたり少なくとも300gの重量が必要です（つまり、2.5cc搭載モデルの最小重量は750gです）。これらのエンジンは通常、最適な出力を得るためにカスタムメイドされ、30,000 RPM以上で1馬力（0.75kW）を生み出すことがよくあります。多くのF1Cモデルは、上昇段階での空気抵抗を最小限に抑えるために折りたたみ式の翼を備えています。

動力付き自由飛行モデルのもう 1 つのタイプは CO ₂です( FAIカテゴリは F1K です)。これらのモデルは、二酸化炭素を動力とする小型エンジンを使用して飛行します。これらのモデルは非常に軽量です。CO ₂の量は2 cm ³に制限されており、約 2 分間の飛行に十分です。

もう一つの人気のあるフリーフライトクラスはFAIカテゴリーF1Jで、F1Cに似ていますが、エンジンの排気量は1cc以下です。^[4]これらのモデルはProfiのようなエンジンや、ロシアやヨーロッパで製造された他の特殊なエンジンを使用します。

スポーツ用のフリーフライト飛行機も小型の内燃エンジンを使用しており、電動モーター駆動のフリーフライトスケールモデルも増えています。

名前が示すように、屋内モデルは屋内で飛行するように設計されています。これらのモデルは、外部の気象条件に耐える必要がないため、通常は非常に軽量です。

屋内フリーフライトモデルにはいくつかのクラスがあります。スケールを再現したものもあれば、純粋にできるだけ長く飛行することを目的として設計されたものもあります。これらのモデルはストップウォッチで時間を計測します。

FAIは、航空模型を含む世界中のすべての航空スポーツの国際組織です。FAI は、F1D と呼ばれる究極の屋内飛行クラスで世界選手権と欧州選手権を認可しています。F1D モデルの最小重量は 1.4 グラム、最大翼幅は 55 cm でなければなりません。これらのモデルは、軽量バルサ材のシートとストリップ、ボロン フィラメント、カーボン ファイバー、および 0.5 マイクロメートル未満の透明プラスチック フィルムで作られています。モデルは、約 9.0 インチの長さの単一のループに 0.4 グラムのゴムを巻き付けて駆動し、約 1500 回転させることができます。飛行中の平均プロペラ RPM は 50 未満で、これらのモデルの飛行速度は歩行速度未満です。 F1Dモデルには、体育館、航空機または飛行船の格納庫などの広いスペースが必要です。ウェスト・バーデン・スプリングス・ホテルの有名なアトリウムは、以前、米国の屋内フリーフライト競技に使用されていました。また、ルーマニアには地下400フィート（120メートル）の塩鉱山もあり、そこではFAI世界F1D選手権が数回開催されています。1回の飛行時間は40分近くになります。

その他の屋内模型飛行機のほとんどもゴム動力ですが、圧縮ガスまたは電池で動くグライダーや飛行機も屋内で飛ばすことができます。一部のクラスでは、人員輸送機のスケールまたはセミスケールのレプリカに重点を置いています。その他のクラスでは、羽ばたき飛行機、ヘリコプター、オートジャイロなど、珍しい飛行形態を特徴としています。

屋内モデリングの歴史は今や約1世紀に及びます。屋内モデルの歴史については、こちらをご覧ください。^[5]

米国のアンティークモデラー協会 [1] および世界中の増えつつある「SAM」組織の支部 (および一部の国の同様の全国クラブ) によって認可されている、いわゆる「オールドタイマー」フリーフライト模型飛行機は、グライダー、ゴム動力またはエンジン動力のモデルで、1941 年から 1942 年に米国が第二次世界大戦に参戦する以前の、一般に世界のどこかで考案されたフリーフライト模型飛行機の設計を飛行可能な形で複製したものです。SA​​M 競技のほとんどの種目で、これらの設計のサイズの拡大または縮小が許可されていますが、複製モデル専用のいくつかの特別なカテゴリでは、モデルを元のサイズでのみ構築することが義務付けられています。

英国では、1951 年 1 月以前に公開された設計図やキットに基づいて作られたモデルはヴィンテージに分類され、それ以降で 1960 年以前に作られたモデルはクラシックに分類されます。ジム・アーノットは、アーラン・ワノップが設計したクラシックなゴム製モデル、ウィンディング・ボーイを手に持っています。

これらのモデルのための、プレッシャーの少ない、楽しい競技会は、一般的に現代の競技会形式に従っており、これらの初期設計モデル用の特別カテゴリーは、第二次世界大戦前に実際に開催された模型飛行機イベントを再現しています。また、「オールドタイマー」運動でさえ、もともと第二次世界大戦前のフリーフライト航空模型の 2 ストローク ガソリン燃料エンジン用に作られた設計の電動バージョンを真剣に受け入れ始めています。実際の第二次世界大戦前のビンテージ ガソリン燃料模型エンジン、またはそれらの本物の動作可能な複製は、エンジン駆動設計の一部に使用されています。SAM 組織内では、いわゆる「RC アシスト」オールドタイマー フリーフライト モデルに大きな関心が寄せられています。これは、当時のエンジン駆動設計を採用し、代わりにより現代的な 2 ストロークおよび 4 ストロークグロー エンジンまたはブラシレス電気モーターで駆動し、通常のRC趣味と同じように、ラジオ コントロール送信機からラダー、エレベーター、およびエンジン制御を追加します。

オールドタイマーのフリーフライト機の仕様、競技規則、ガイドラインはSAM組織のオンラインで入手できます。[2]

ゴム製のスケールモデルは実物大の航空機を再現します。スケールの記録はコンテストで使用され、モデルの精度と、モデル化された実物大の航空機への準拠を確認します。

ほとんどのゴム製スケール モデルの翼幅は 20 インチから 30 インチの範囲です。例外は、最大翼幅 13 インチの「ピーナッツ スケール」クラスのモデルと、翼幅 36 インチ以上の「ジャンボ スケール」クラスのモデルです。モデルは、モデルの重量とプロペラの直径とピッチに合わせたゴムのループで駆動されます。ループの長さは、モデルの胴体の長さの 2 倍を超えることがよくあります。スケール モデルの飛行時間は、複数のストランドを持つこのような長いゴムのループに巻くことができる回数によって大幅に増加します。機械式ワインダーが使用され、ゴムは元の長さの 5 倍まで引き伸ばされ、モーターに最大の巻き上げが行われます。飛行中、これらのモデルは本物そっくりです。欠けているのは、オリジナルの飛行機のエンジンの音だけです。専門家は、ライト兄弟のオリジナルやブレリオの海峡横断機などのあまり知られていない設計から、大恐慌時代のユニークな自家製機や現代の実験機まで、見事な飛行を実現できます。

ウィキメディア・コモンズには、フリーフライト模型飛行機に関連するメディアがあります。

• 米国の国立フリーフライト協会航空模型専門団体
• 簡単に作れるゴム動力の自由飛行飛行機
• 模型飛行機の製作に関する記事 - 1934 年からのヴィンテージ図面のスキャン
• ゴム動力スケールフリーフライトモデルの組み立て手順
• フリーフライト競技に関する情報（ウクライナ語）
• モデル飛行フォーラムは、Wayback Machineで 2012-04-25 にアーカイブされました
• オンタリオ州への無料フライト
• 英国模型飛行協会