模型航空
以上の目的に対処するために、模型航空機の製作法は、バルサのような軽量で加工が簡単な材料を使い、適当な外形に削り出した部品を細い桁材で組み立てる方法が採られた。空気力を受ける機体表面は、紙・絹・フィルム、ならびに薄い軽量な板材が張られる。 従って模型航空機は、細かい部品を多数組み立てた、外寸に比べて部品の占める空間の少ない、中空の構造になる。 上記の組立てには、各種の接着剤が使い分けられる。
フリーフライト・グライダーの曳航は、模型航空の最もスポーツ的な分野といえる。
F1A級グライダーの飛行速度は概ね5m/秒であり、無風時の曳航速度はこれと同じになる。一般的な気象条件として、地表でも数mの風があり、50m上空の風速はそれより大きいから、曳航者は状況に応じて走り、歩き、立ち止まる。風の強い場合は機体に向かって風下方向に疾走しなければならない場合もある。
サークリングやリッツ・ターンのような横方向の機動は、強風下では困難である。風が弱くても、機体が風下方向に曳航されている状態では、風速と飛行速度が合成されるから、曳航者は速く走らなければならない。
カタパルト・ランチを有効に行うためには、機体を強く加速しなければならない。無風時には、曳航速度と索の引き込みだけで機体を加速しなければならないので、足が速いほど有利になる。
風速や地面の整い方によって様々な場合が生ずるが、グライダーの曳航は短時間の全力疾走を含み、複雑な方向転換や加減速を行う機動である。その点では、陸上競技よりもフットボール系の走法に近いが、常時50m上空の機体の挙動を注視しなければならない点が独特である。 グライダーは、離脱後3分程度の飛行の後、風下約1kmの地点に降下するから、競技者はその追跡と回収も自分で行う場合が多い。フリーフライト。グライダー競技は、曳航と追跡・回収を概ね1時間おきに1日で5~7回以上繰り返すから、気象状況によっては肉体的に過酷である。
模型航空機は、原理的には実物航空機と同じで、総合的な科学技術に立脚している。完成機を購入して飛ばすという単純な関わり方でも、飛行に関する最小限の知識が無いとうまく飛ばない。製作や設計に関わり、競技などでより高度な飛行を指向するならば、関係する科学技術の研究や調査が不可欠である。
これらの研究や調査は、遊び・楽しみとしての学問であり、模型航空機・模型航空を楽しむ場合の重要な要素である。 一般のモデラーが、模型機の正則な手順による設計や、性能の予測・推定計算などを行うようになったのは、1930年代くらいからである。きっかけは、実機の航空研究所などから翼型などの風洞測定データが公表され、モデラーがこれを利用できる用になったためと思われる。同時に、この時代(第2次大戦の直前)に、軍事教育を兼ねた模型航空教育が大掛かりに行われ、科学的に模型飛行機を製作・飛行することが啓蒙されたこともある。
模型航空を科学的・理論的に行うことは、初期的には計算の精度が極めて低く、信頼できる性能推定値が出せなかったために、なかなか普及しなかったが、戦後になり良質な基礎データが得られるようになって、役に立つようになった。 戦前の模型機の性能計算は、実機のデータ・方法を使ったもので、それゆえに大きな誤差を生じたが、現在では模型機独自のものも研究され、「模型航空力学」と位置づけられる分野も提唱されている。 地球外惑星の大気内を飛行する調査用無人飛行機の飛行条件は、地球上の模型飛行機に近いといわれ、模型航空力学の知見が役立つ。
航空機は、機体の表面に作用する空気力によって飛行する。設計・製作者が目的とする「良好な」飛行をもたらす空気力は、機体の外形や表面状態にのみ依存し、機体の色彩や製作者など関係する人間が感じる美醜の感覚とは無関係である。模型飛行機の製作は、一般に、このような「機能」を目的とする活動であり、美術品や芸術品の制作ではない。
カタパルト・ランチによって加速して、高速度で離脱したグライダーを惰力で上昇させるとき、水平尾翼(昇降舵)を操作して、主翼を抗力の少ない迎え角にすると効率よく高度を獲得することが出来る。上昇時に水平尾翼の取り付け角を変えて主翼の抗力を削減する手法は、1960年頃F1C級エンジン機に導入され、同級ではすぐに普及した。 この手法は、曳航グライダーに応用できるが、水平尾翼の角度変更操作はエンジン機が1回で済むのに対して2回必要になり、機構・操作ともに複雑になるので導入は遅れた。
グライダーの場合、地上を出発するときは水平尾翼の取り付け角は概ね滑空時と同じ(一般的には主翼取り付け角より3度くらい少ない)にセットされる。その角度で風上に向かって曳航・上昇させ、必要に応じてサークリングなどの横方向の機動を行い、サーマルが見つかったときに曳航者のダッシュと索の急激な引き込みによって機体を加速する。
模型航空機の製作は、「飛ぶ」と言う目的のためには軽量であり、空気力を有効に利用するためには正確な外形を必要とし、加えて空気力を受けても壊れない丈夫さを備える必要がある。動く機能を要求されない製作物、静置されて美的に観賞される製作物はこの対極にあり、上記のような条件を必要としない。 模型航空機の製作活動は、製作物がある動的な機能で評価されるところに特徴がある。
滞空時間の長い優秀な競技機を設計・製作するためには、正確な翼型特性による優秀な翼型の探索と選択が不可欠である。1930年頃より、NACA(現NASA)などから、翼型の風洞測定データなど、航空機の性能推定の基礎データが公表されるようになった。モデラーは当初は無批判にこのデータを利用した。この時代はモデラーに対する航空理論の啓蒙も行われたため、模型飛行機の性能計算も可能であり、当時の模型機は滞空競技型であった。他方、その現実性能は滞空飛行時間にはっきり表れ、性能推算値と明確に対比できた。その結果、高性能であるはずの優秀な(実機用)翼型を使った場合でも、理論計算値を大幅に下回る劣悪な滞空性能しか発揮できない機体が続出した。