什么是室内橡筋动力飞机?
简而言之就是,用橡皮筋带动螺旋桨转动飞行的模型飞机,且只在室内飞行。
图1: http://www.bensaks.com/float
橡筋动力模型飞机的飞行原理大致与遥控飞机和普通飞机类似。机翼由于有弧度,产生上下压力差,由于伯努利原理,因此产生升力。具体原理过于复杂,不在这里过多赘述。
一条长橡皮筋向一个方向旋转后,会有弹性势能储存,能量释放和旋转方向相反。橡筋尾部固定,另一段连接螺旋桨,带动螺旋桨旋转,此时螺旋桨产生升力,给模型一个向前的牵引力。
现在人们在视频平台上看到的大部分“室内橡筋动力飞机”是这样的:
图2: http://www.indoornewsandviews.com
通常来讲,这些模型的重量在1.2克到6克之间,飞行速度是1-3米每秒。人们被这些飞机极低的飞行速度、螺旋桨转动速度,极轻的重量所吸引,同时也极其脆弱,透明的塑料膜由于薄膜干涉所产生的彩色也美轮美奂。
,时长00:33,时长00:13来源:飞飞机yk
实际上,上面的图片中的飞机是一种室内橡筋飞机的比赛项目,名叫F1D,是国际航联(FAI)的比赛项目。需要注意的是,F1D是室内橡筋飞机的一种,但F1D≠室内橡筋飞机。
近些年来,越来越多的爱好者投身到这项运动当中,这有很多方面的原因,例如:国内遥控禁飞政策(又称“低慢小”)的缩紧,国内青少年科普性质比赛的普及,以及国家对科技教育的重视等等
2. 飞机构造
室内橡筋飞机通常由以下几个部分构成:
机身(motor stick)
尾管 (tailboom)
螺旋桨(propeller)
机翼 (wing)
水平尾翼 (stab)
垂直尾翼 (rudder)
更细的说,还包括机翼支柱,张线等部分
图3: 《室内模型飞机》卢秀森,朱健民
其中,机身在所有部分当中强度最高,通常也是最重的一部分。由于在挂载绕过的橡筋时,要承受缩短后橡筋的横向拉力,因此强度最高。大多飞机会使用张线(向上微微弯曲机身,在挂载橡筋后抵消掉橡筋拉力所带来的形变)
在我看来,室内橡筋飞机是真实世界中客机或RC遥控飞机的运行方式和构造的一种抽象的概括。
为了减轻重量,机翼部分只有翼肋和前后梁,和一层覆盖在其表面上的塑料膜,这高度抽象和概括了真实世界机翼的构造和运作原理。螺旋桨作为动力输出装置,为飞机提供向前的牵引力,提供初速度,也与真实飞机原理相同。橡筋作为储能装置,在飞行前预先储存能量,飞行前再进行装填。真实飞机与室内橡筋动力飞机都旨在追求更高的航程,更高的效率,更小的能量损耗。
3. 比赛
国内的比赛有很多。包括地方性比赛和国家级比赛,例如全国航空航天模型锦标赛(F1D-,比国际级F1D尺寸小),全国青少年航空航天模型锦标赛,全运会等。
国际性比赛例如世界杯(World Cup),世界锦标赛(FAI F1D World Championship)
我国在且仅在1994年参加过一次F1D世锦赛。
室内橡筋动力飞机比的是留空时间,也就是在空中飞行的时间,在空中停留时间越长,代表成绩越好。
翼载荷越小,飞行速度越慢。翼载荷指的是飞机重量和升力面积的比值。因此,升力面积越大,重量越轻,飞行速度越慢,留空时间越长。
国际航联(FAI)规则对F1D的尺寸,重量,橡筋重量做了诸多限制。规则经历多次修改,现在的规则是,翼展(机翼宽度)最大为550mm,尾翼翼展最大450mm,弦长(机翼最前端到最后端的长度)最大200mm。不含橡筋的重量大于1.2g,橡筋最大重量为0.4g。
4. 发展历程
对于室内模型飞机的起源,说法不一。有人认为是俄国科学家罗蒙诺索夫最先制作类似的模型,也有人说是法国发明家Alphonse Penaud发明。
无论是谁真正发明了室内橡筋飞机,无疑,都改变了当今世界航模的格局。
5. 制作工艺
现如今,室内模型飞机骨架大多由轻木制成
部分使用塑料,碳纤维等。轻木,又称巴尔沙木,是一种密度极低的木材(0.08克每立方厘米)。蒙皮材料多种多样,比如OS膜(一种麦拉膜)等塑料膜。还有棉纸,油纸等纸类蒙皮,还有一种由蓖麻油制作而成的膜(这种技术历史比较悠久,性能比类似OS膜的塑料膜要好,但是制作较难)。这些蒙皮材料的特点是相对轻薄,同时能在蒙上后为机翼增加一定强度。
现在大多飞机使用硝基胶水,是一种用含有硝基纤维的胶水,优点是重量轻但是极其极其易燃。例如Duco Cement
除此之外还有氰基浇水,比如502,402等胶水,靠氰基丙烯酸酯阴离子聚合(一种化学反应)粘合。可以通过丙酮解胶,或者调低浓度。
使用Balsa Stripper切出来比较细的轻木条,之后按照图纸(模版)制作机翼,尾翼的框架,之后在这些框架上喷上喷胶(例如3M 77喷胶),之后把喷过胶的框架放到铺好的薄膜上
我的思考
F1D, 室内模型飞机都是系统工程。整个工程的不同结构连接,缺一不可。因此,此类模型的制作教程不是三言两语几个视频可以描述清楚的,需要经验和知识。我也常常在设计和调试时遇到阻碍,此时我会继续阅读我没有完成的相关书籍,去indoor news and views网站上找灵感,读资料。只有不断的输入才能有输出的能力。
无论是在网上,还是线下,向比自己厉害的人交流学习是很重要的。打开眼界,拓宽视野,与厉害的人学习。跳出自己的认知。
我认为室内模型飞机的研究和探索方法与科学实验如出一辙。多进行实验,质疑“传统”,对一个被广泛认可的想法提出异议。核心在于自己弄清楚为什么,而非和别人反着干。实验过后进行推导,最后得出结论。






