模型航空機

概要

模型航空機はスケールモデルを中心とした展示用模型飛行機などの飛行しないものと、飛行するものに大きく分類される。飛行する模型の正式名称は模型航空機であるが、航空機の代表例の名称である模型飛行機を通称として代用される場合も多い。

国際競技用の模型航空機

競技用の模型航空機は、国際航空連盟 (FAI) のスポーティング・コードに定義され、世界各国がそれに従う。また、各国が独自の国内競技規格を制定するときも、上記を基準とする。 模型は実物よりも小型であり、重量、出力、揚力（翼面積）の比率が実物と大幅に異なるため、過去に飛行機として制定された競技規格において、飛行機の飛び方の定義を逸脱する機体が出現している。このような技術革新による当初の枠組みからの逸脱を容認できるように、FAIスポーティング・コードのなかで模型機を指す言葉は、「模型飛行機」などを使わず、「当該模型 (the model)」など曖昧な呼称を使っている。

航空法

マルチコプター等を含む無人航空機に対する規制を適用する改正航空法が2015年9月4日に可決成立、同年12月10日に施行された。改正航空法では「無人航空機」の定義として、「飛行機、回転翼航空機、滑空機、飛行船であって構造上人が乗ることができないもののうち、遠隔操作又は自動操縦により飛行させることができるもの（200ｇ未満の重量（機体本体の重量とバッテリーの重量の合計）のものを除く）」としている。
そのため、ほとんどの屋外飛行可能な模型航空機は無人航空機として、例えば人口密集地域での飛行が国の許可制となるなど、新たな規制が課される事になった。なお、総重量200グラム未満等であるものだけが航空法上も「模型航空機」として扱われる。
後述の#法規制も参照。

飛行する模型航空機

飛行模型は、軽量で、飛行荷重に耐えられる強度を必要とし、そのために使用材料や構造が制約される。展示模型はその制約が無く、外形を忠実に再現するために最適の材料や構造を自由に選択できる。従って、両模型の材料と構造は大きく相違する。
飛行模型については、軽量木材であるバルサ材のほか、キリ、ヒノキ、スプルース、竹、合板などが、強度と重量を考えて使い分けられている。最近は、樹脂材が、そのまま、あるいは発泡材、繊維強化プラスチック (FRP)などの形で使われることが多くなった。
構造としては、軽量で丈夫にするために、一般に、細い骨組みと枠を組み合わせた中空の、実機と類似したものが使われる。非常に小さい簡単な機体では、軽量木材や発泡プラスティックを使った中実（ムク）構造もある。
機体の表面は、紙（和紙: ジャップ・ティッシュ）、絹、バルサ薄板などが張られ、ラッカーやドープなどで塗装される。最近は上記に代えて、プラスティックのフィルムを貼ることが多くなった。

機種の区分

飛行する為の模型航空機は、操縦型と非操縦型に大別される。
非操縦型は、地上・飛行者と物理的に関係の無い状態で飛行するものであり、この飛行状態をフリーフライトと呼ぶ。
操縦型には、索を経由して機械的に操舵を行うコントロール・ラインと、電磁波を使って操舵を行うラジオ・コントロールがある
上記のそれぞれが、グライダー、ヘリコプター、オートジャイロ、オーニソプターなどの各種航空機の形式に分けられ、さらに、数多くの競技級に分割される。

動力

模型航空機では、ゴム、電気モーター、小型のピストンエンジンが多く使用されるが、ロケットや小型のタービンやパルスジェットや圧縮ガスエンジンもある。

草創期

アルフォンス・ペノーらが活動した19世紀には動力にはゴムが使用されていた。他に容易に入手できる軽量で強力な動力源が無かった事もあり、長い間使用された。2000年代の競技用模型では15分から1時間近く飛行する物もある。
ゴム動力と同じくらいかより古い形式に蒸気機関があり、航空史の初期に用いられていた。1848年、英国のジョン・ストリングフェローが蒸気動力の模型飛行機を飛行させた。ハイラム・マキシムは後に飛行機が蒸気エンジンにより人を空中に飛ばせる事を示した。サミュエル・ラングレーは内燃式の模型飛行機を造り、長時間の飛行を行った。
1807年、1819年、1850年にジョージ・ケイリーは火薬を燃料とするオーニソプター（羽ばたき式飛行機）模型飛行機を造った。彼は火薬を燃料として使用する事は、有人飛行には危険であると結論づけた。

内燃機関

より大きく、重たい模型には内燃機関の一種であるグローエンジンが使用される。グローエンジンは自動二輪に使用される小型のガソリンエンジンに似ているが、異なる物である。単純で廉価なグローエンジンは2ストロークで燃料着火にグロープラグを使用する。燃料にはメタノールとニトロメタンの混合燃料にオイルを混ぜた物を使用する。始動時には外部から点火栓に通電する。回転数が一定になったら通電を止める。ガソリンエンジンに必要とされるマグネトは必要ない。4ストロークエンジンも同様である。模型用エンジンの排気量は最小の排気量である0.01立方インチから1立方インチ以上まである。
単純な模型飛行機用のエンジンはグロウプラグを使用しないディーゼル式の物もある。模型用ディーゼルエンジンは予混合気可変圧縮比エンジンである。2ストローク機関が主流で、排気量0.1cc程度の超小型のものからある。燃料は灯油・GTL灯油・流動パラフィンが主成分で4〜5割ほど、燃料を気化させるためジエチルエーテルを3割ほど、それに潤滑油としてひまし油が2〜3割ほど、燃焼促進用の添加剤として硝酸エチル・亜硝酸アミル・硝酸イソプロピルを混入したものが用いられる。模型用グローエンジンと違いグロープラグが要らず小型化が可能、圧縮比の高さで効率が高い、トルクがあるなどの利点があり、ヨーロッパでは人気がある。

ジェットエンジンとロケットエンジン

近年、愛好家の間では模型用のジェットエンジンが普及しつつある。模型用ターボジェットエンジンは実物のターボジェットエンジンを単純化、小型化したものではなく、模型用に開発された物である。最初に模型用に開発されたタービンは1980年代に英国のGerald Jackmanによって開発された。愛好家によりGTBA（ガスタービン製造者協会）が組織されている。
パルスジェットエンジンは第2次世界大戦においてV-1飛行爆弾によって使用された。グローエンジンより小型だったがうるさいので普及しなかった。"Dynajet"社の物が多く使用された。
ロケットエンジンは1950年代に滑空機の加速に用いられた。JETEXとして知られる形式が一般的である。モデルロケットエンジンは単段式で10秒くらいの燃焼時間である。A,B,C等のカテゴリーに分類される。

電動

電動機は蓄電池から供給される電気でモーターを回転させる。初期の電動模型は直流モーターとニッケル・カドミウム蓄電池を使用していた。後により高効率なブラシレスモータを使用した物が普及した。蓄電池もニッケル・水素蓄電池や近年ではより高容量のリチウムイオンポリマー二次電池が使用されつつある。それにより飛行時間は大幅に増え、飛行性能もグローエンジンと遜色ないものになりつつある。更に、先進的な無線操縦愛好家により太陽電池を用いる物も開発され、2005年にはカリフォルニア州で48時間16分の記録が樹立された。

二酸化炭素

二酸化炭素を動力とする物もある。大口径でピッチの大きなプロペラを回転させる。ユニフロー式のエンジンで今日ではGasparinとModella社から供給されている。内燃機関（エンジン）や電池は作動するにつれて熱くなるのに対して、ゴム動力と同様作動するにつれて冷たくなってゆく動力として知られる。これは熱力学的に考えると、はじめに負のエントロピーを蓄積していて、作動するにつれて周囲から熱を吸収してゆくことを意味する。

推進器の種類

大半の模型飛行機ではプロペラの回転によって推進力を得る。

ダクテッドファン

ダクテッドファンは筒状のダクト内にプロペラとモーター或いはエンジンを設置する事によりジェットエンジンよりも安い費用でジェット機を再現する物である。

ジェットエンジン

実際の航空機と同様にジェットエンジンの噴射により推進する（ピュアジェット）。超小型のため圧縮機は遠心式となっている。またパルスジェットエンジンも存在するが数は非常に少ない。

ロケットエンジン

模型ロケットエンジンには黒色火薬や実機と同じコンポジット推進薬を噴射して推進するモデルロケットがある。

オーニソプター

羽ばたき機（オーニソプター）はプロペラを持たない。鳥の様に翼を羽ばたく事により浮揚力と推進力を得る。