Das langsamste fliegende Flugzeug? Enthüllung der extrem langsamen Flugkunst des F1D

F1 strebt nach Geschwindigkeit, aber wissen Sie, was F1D anstrebt? Es verfolgt das andere Extrem der Geschwindigkeit: langsam! Und es fliegt langsam am Himmel. Doch wie kann ein Flugzeug fliegen, wenn es keine Geschwindigkeit hat? Warum das so ist, erklären wir heute anhand des langsamsten Flugzeugs der Welt.

Bevor wir mit dem theoretischen Teil beginnen, nehmen wir uns etwas Zeit, um unseren heutigen Protagonisten kennenzulernen – das Flugzeug F1D. Das Flugzeug F1D ist ein extrem leichtes und langsames Indoor-Freisegelmodellflugzeug. Sie sind für längere Flüge in Innenräumen konzipiert und werden häufig bei Modellflugwettbewerben im Freiflug eingesetzt. Was ist Freisegel-Modellflugzeugrennen? Es handelt sich um einen besonderen Flugwettbewerb, bei dem Modellflugzeuge der Windrichtung folgen und in aufsteigenden thermischen Luftströmungen schweben. Das Modellflugzeug kann seine eigene Route völlig frei und ohne Bodenkontrolle fliegen. Wenn Sie schon einmal ein gefaltetes Papierflugzeug oder ein im Laden gekauftes Balsaholzsegelflugzeug geworfen haben, kennen Sie das Freigleitmodell in seiner einfachsten Form.

Es gibt zwei Haupttypen von Freisegelmodellen: solche, die in Innenräumen fliegen, und solche, die im Freien fliegen. Indoor-Modelle sind sehr leicht, fliegen extrem langsam und werden normalerweise durch das Drehen von Gummibändern angetrieben, um große Propeller anzutreiben. Handwurfgleiter und Gleiter, die mit einem Gummiband in die Luft geschossen werden, können auch in Innenräumen geflogen werden. Man sieht sie oft in Schulturnhallen, Auditorien und ähnlichen großen offenen Flächen fliegen. Indoor-Modellbau ist eine der günstigsten und einfachsten Möglichkeiten, mit dem Modellbau zu beginnen, und geeignete Flugplätze sind an den meisten Standorten zu finden. Outdoor-Modelle sind in der Regel größer und schwerer als Indoor-Modelle. Die Leistung der Advanced-Type-Modelle ist sehr hoch. Unter idealen Bedingungen können einige Modelle fast eine Stunde am Stück in der Luft bleiben. Einige Modelle können von der Thermik Dutzende Kilometer weit getragen werden, bevor sie wieder zur Erde zurückkehren. Die fortschrittlichsten Typen können nach nur fünf Sekunden Motorflug mehr als zehn Minuten gleiten. Um Modellverluste zu vermeiden, sind die meisten Outdoor-Freiflugmodelle mit einer Zeitschaltuhr ausgestattet, die die Betriebszeit des Motors begrenzt. Andere zeitgesteuerte Geräte bringen das Modell sicher wieder auf den Boden, bevor es von der Thermik davongetragen wird. Doch egal ob Indoor- oder Outdoor-Modelle, sie alle gewinnen ausnahmslos durch ihre Langsamkeit.

Dies scheint im Widerspruch zu dem Grund zu stehen, warum Auftrieb erzeugt wird, denn dem gesunden Menschenverstand zufolge müssen sich die Flügel eines Flugzeugs mit einer ausreichenden Geschwindigkeit durch die Luft bewegen, um Auftrieb zu erzeugen und das Flugzeug in die Luft zu heben. Lassen Sie uns wiederholen: Das Grundprinzip der Auftriebserzeugung kann durch das Bernoulli-Prinzip und Newtons drittes Bewegungsgesetz erklärt werden. Das Bernoulli-Prinzip besagt, dass der Druck einer Flüssigkeit, beispielsweise Luft, abnimmt, wenn ihre Geschwindigkeit zunimmt. Die Flügel eines Flugzeugs sind so konstruiert, dass sie eine gekrümmte Oberseite und eine relativ gerade Unterseite haben. Diese Konstruktion wird als Tragflächenprofil bezeichnet. Wenn Luft über einen Flügel strömt, ist die Luftgeschwindigkeit auf der Oberseite höher und auf der Unterseite niedriger. Nach dem Bernoulli-Prinzip führt dieser Geschwindigkeitsunterschied zu einem niedrigeren Druck auf der Oberseite und einem höheren Druck auf der Unterseite, wodurch eine Auftriebskraft nach oben entsteht. Neben dem Bernoulli-Prinzip können wir auch das dritte Newtonsche Gesetz zur Erklärung des Auftriebs verwenden. Newtons drittes Bewegungsgesetz besagt, dass es auf jede Aktion eine gleich große und entgegengesetzte Reaktion gibt. Wenn Luft über einen Flügel mit einem bestimmten Neigungswinkel strömt, drückt der Flügel die Luft nach unten und die Luft drückt den Flügel gleichzeitig nach oben. Diese Reaktionskraft trägt auch einen Teil zum Auftrieb bei. Wenn Sie sich nur die obige Erklärung ansehen, werden Sie denken, dass Geschwindigkeit eine magische Waffe zum Sieg ist, aber bitte ignorieren Sie nicht einen weiteren entscheidenden Faktor bei der Erzeugung von Auftrieb – das Design des Flügels. Tatsächlich kann durch eine große Flügelspannweite und eine entsprechende Profilgestaltung auch bei niedrigen Geschwindigkeiten genügend Auftrieb erzeugt werden, sodass das Flugzeug schweben und langsam fliegen kann. Im Einzelnen funktionieren sie folgendermaßen: Die Flügelspannweite ist der Abstand von einem Ende des Flügels zum anderen. Eine große Flügelspannweite bedeutet eine größere Flügelfläche, die zur Gewichtsverteilung des Flugzeugs beiträgt und für mehr Auftrieb sorgt. Da der Auftrieb proportional zur Flügelfläche ist, kann ein Flugzeug mit großer Flügelspannweite auch bei langsamer Geschwindigkeit viel Auftrieb erzeugen. Das Profil eines Flugzeugflügels, also die Querschnittsform des Flügels, wirkt sich direkt auf die Luftströmungsgeschwindigkeit und den Druckunterschied aus. Das spezielle gekrümmte Design lässt die Luft auf der Oberseite schneller strömen und reduziert dadurch den Druck, während das relativ gerade Design der Unterseite den Luftstrom verlangsamt und dadurch den Druck erhöht. Durch diesen größeren Druckunterschied kann auch bei langsamer Geschwindigkeit ein größerer Auftrieb erzeugt werden.

Lassen Sie sich also nicht davon täuschen, dass das Flugzeug F1D einfach oder gar grob aussieht. Tatsächlich ist sein Design äußerst ausgefeilt. Neben seiner großen Flügelspannweite und der auftriebsstarken Flügelform verfügt er über mehrere weitere Schlüsselfaktoren, die ihm einen einfachen Start und lange Aufenthalte in der Luft ermöglichen – zunächst sein extrem geringes Gewicht. Das Gewicht eines F1D-Flugzeugs beträgt normalerweise etwa 1,4 Gramm. Um ein so geringes Gewicht zu erreichen, müssen bei seinem Herstellungsprozess ultraleichte Materialien verwendet werden, wie etwa ein Kohlefaserskelett, extrem dünne Kunststofffolien und extrem leichte Gummibänder. Dadurch kann das Flugzeug selbst dann abheben, wenn es nur einen geringen Auftrieb erzeugt. zweitens Hochleistungs-Gummibänder. Das Flugzeug F1D nutzt die Torsionskraft von Gummibändern als Antriebsquelle. Das Gummiband speichert durch Verdrehen Energie und versetzt beim Loslassen den Propeller in Drehung, wodurch das Flugzeug Vorwärtsschub erhält. Obwohl der Schub gering war, reichte er aus, um das leichte F1D-Flugzeug in die Luft zu bringen. Drittens: hervorragendes aerodynamisches Design. Die Flügel und das Heck des F1D-Flugzeugs sind exquisit gestaltet und optimieren das Gleichgewicht zwischen Auftrieb und Luftwiderstand, wodurch die Fluggeschwindigkeit effektiv reduziert wird. Dadurch verringert sich auch der Energieverbrauch des Flugzeugs und die Gummibandkraft bleibt über einen längeren Zeitraum erhalten. Viertens muss jedes Teil des F1D-Flugzeugs präzise eingestellt werden, um einen stabilen Flug zu gewährleisten. Der Winkel der Flügel, die Schubachse des Propellers und die Position des Schwerpunkts müssen präzise eingestellt werden, um die Stabilität und das Gleichgewicht des Flugzeugs während des Fluges zu gewährleisten.

Wie wäre es damit? Nachdem Sie die oben genannten Informationen verstanden haben, werden Sie verstehen, warum es das langsamste Flugzeug der Welt ist. Wofür kann man dieses Flugzeug denn sonst noch verwenden, außer für die Teilnahme an Modellflugwettbewerben, von denen Sie vielleicht noch nie gehört haben, und zum Stressabbau? Tatsächlich haben ihr Design und ihre Technologie auch einen gewissen praktischen Anwendungswert, der sich in den folgenden drei Bereichen zusammenfassen lässt: Bildung und Ausbildung, Innovation und Forschung sowie Unterhaltung und Hobbys. Der Konstruktions- und Herstellungsprozess des F1D-Flugzeugs erfordert multidisziplinäres Wissen aus den Bereichen Aerodynamik, Materialwissenschaft und Maschinenbau. Sie sind hervorragende Hilfsmittel zum Erlernen und Lehren der Aerodynamik und der Prinzipien des Ingenieurwesens und helfen Schülern und Bastlern, die Prinzipien des Fliegens und der Herstellungsprozesse zu verstehen. Gleichzeitig ist das leichte und effiziente Design des F1D-Flugzeugs eine Inspiration für die Forschung und Entwicklung von Mikro-UAVs und anderen kleinen Flugzeugen. Das Studium und die Verbesserung der Technologie des F1D-Flugzeugs könnten als Referenz für die Konstruktion leichterer und effizienterer unbemannter Luftfahrzeuge dienen. Für Modellflugzeug-Enthusiasten ist der Bau und das Fliegen von F1D-Flugzeugen eine sehr anspruchsvolle und unterhaltsame Aktivität. Durch die kontinuierliche Optimierung von Design und Tuning können Enthusiasten große Erfolgserlebnisse erleben. Dies macht es zu einem weiteren Kampf zwischen Mensch und Natur und wie andere Outdoor-Sportarten wie Angeln, Segeln oder Jagen erfordert es ein gewisses Maß an Beobachtung, Geduld und Urteilsvermögen, was auch in anderen Bereichen die Erfolgsfaktoren sind.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China·Creation Cultivation Program unterstützte Arbeit. Autor: Onkel Rocket

Gutachter: Dai Yuting, Professor der Flugzeugabteilung, Universität für Luft- und Raumfahrt Peking

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.