Por que os aeromodelos voam e manobram de maneira tão diferente da aeronave real?

É parcialmente inerente à maneira como as coisas são dimensionadas.

Se você dobrar o comprimento do modelo, então a área da asa (comprimento vezes a largura) aumenta em um fator de 4, mas o peso e o volume (comprimento vezes a largura vezes a altura) aumentará em um fator de 8 ... então dobrar o tamanho significa reduzir pela metade a relação entre peso e elevação.

Nos casos mais extremos, um modelo minúsculo explode em um sopro de vento, e um modelo enorme (maior que o plano real) não pode decolar.

Eu suponho que você poderia, teoricamente, tentar tornar os modelos pequenos mais difíceis de voar, adicionando peso extra.

O que foi exposto é teoricamente verdadeiro, mas talvez absurdo na prática: ele pressupõe que os materiais estruturais se tornam mais finos quando o modelo é dimensionado, na realidade, a estrutura nem é o mesmo material.

Então, vamos ver de outra forma:

• Um A380 em tamanho real pesa, digamos, 500 toneladas , comprimento de 70 metros .

• Diminua o volume para um modelo de 1 metro e a área de superfície diminuiu em (70x70 =) 5000 .

• Portanto, para o modelo ter o mesmo peso por área do plano em escala real, seria necessário pesar (500 toneladas / 5000 =) 100 kg .

O seu modelo de 1 metro pesa, presumivelmente, muito menos do que 100 kg, portanto, tem muito menos relação peso-área. QED.

Também é importante considerar o número de Reynolds , que depende da viscosidade e densidade do ar e do tamanho e velocidade do modelo. O número de Reynolds afeta a turbulência, que é muito importante para a sustentação de uma asa (para um exemplo de como uma pequena alteração tem um grande efeito, veja Uma camada de gelo grossa pode reduzir o aumento em 30% e aumentar o arrasto até 40%? .

Para obter o número de Reynolds correto para um modelo pequeno, você deve aumentar a densidade (por exemplo, a pressão) do ar ou aumentar sua velocidade. Mas, dada a velocidade normal das aeronaves, você não poderia aumentar (aumentar a escala) a velocidade do ar, porque se tornaria super-sônico, o que mudaria o cenário.

Com base em esta resposta para 'Entendendo o problema de dimensionamento de números da Reynolds' e os comentários abaixo, Eu acho que um modelo de 1 metro de um A380 de 70 metros (então uma escala de 70: 1) poderia se comportar como o modelo em escala completa se fosse feito sob as seguintes condições:

• a densidade do ar é aumentada, então 70 atmosferas de pressão de ar
• levantar e arrastar são dimensionados para baixo, então:
  • o peso do modelo é de 7 toneladas (em vez de 500 toneladas)
  • impulso do modelo é de 4.000 libras (em vez de 300.000 libras), ou seja, cerca de 2 toneladas
• a velocidade do ar é realista (por exemplo, 150 nós para decolar)

Obviamente, isso seria bastante incomum para um avião modelo ¹ .

¹ _{O ar liquida a 60 atmosferas; e o modelo precisaria de uma densidade específica de cerca de 100, isto é, 5 vezes mais pesada que ouro ou urânio).}

Aeronaves modelo são geralmente construídas com carga de asa muito menor e muito mais poder para proporções de peso. Isso pode ser feito parcialmente porque eles não têm carga útil real e não precisam voar por longos períodos.

Ter um avião mais leve e com mais potência resulta nos traços que você menciona. Além disso, ser mais leve significa que rajadas de vento e outras turbulências terão um impacto maior e resultarão em mudanças direcionais mais rápidas.

Devo notar também que a potência extra e a carga da asa inferior são desejáveis em um modelo porque um piloto remoto não possui a mesma instrumentação e entrada sensorial física obtida ao estar no avião e ajuda a voar com segurança mais perto limites da aeronave.

As leis da física não são invariantes em escala.

A área escala com o quadrado de dimensão enquanto o volume é dimensionado com o cubo de dimensão. Os efeitos aerodinâmicos são dimensionados com a área. A massa escala aproximadamente com volume. Balanças de inércia com massa. Momento de escalas de inércia com dimensão de tempos de massa.

O resultado final disso é que os modelos têm efeitos aerodinâmicos muito mais strongs em comparação com sua inércia. Isso as torna muito mais ágeis do que suas contrapartes do mundo real. A OTOH, a aeronave do mundo real, geralmente consegue voar mais rápido e mais longe e ter um melhor consumo de combustível por tonelada-milha.

Eu não tenho certeza se você está perguntando apenas sobre a física envolvida, então espero que isso não seja muito tangencial - mas um fator que não foi muito tocado é a entrada do piloto.

Além de lidar com as influências disruptivas que as pessoas já mencionaram, o piloto de um modelo teria que ignorar sua capacidade real de manobrar e usar muita restrição - entradas de controle muito, muito pequenas e precisas, aceleração desnecessariamente lenta, e assim por diante - para alcançar um comportamento convincente de voo em escala.

Com essa abordagem (e em condições super calmas) eu acho que você ficaria surpreso com o que pode ser alcançado com modelos grandes - você provavelmente já viu o modelo de trabalho controlado por rádio em filmes sem perceber. No entanto, fora de aplicações como essa, deve haver uma strong tentação apenas para mudar o modelo, porque voar é divertido!

É claro que é improvável que você veja muitos modelos voando em filmes agora, já que as máquinas voadoras são uma das coisas que é muito fácil renderizar de forma convincente usando o CGI. Mas para um pouco de contexto histórico, há uma galeria pequena, mas interessante aqui apresentando alguns dos modelos do filme A Batalha da Grã-Bretanha , que foi notável por seu excelente trabalho de modelo (considerando que foi feito em os anos sessenta).

link

Depende do piloto também. Eu vi um cara voar um modelo de envergadura de 5 pés de Piper Cub como se fosse a coisa real. Muito mais do que o necessário (para o modelo), a decolagem é executada com a cauda levantada, retida no acelerador para simular a velocidade da balança, o padrão voado para o pouso e rolado para fora. Vôo muito bonito. Mas ele poderia tê-lo como a descrição do OP.

Veja esta discussão muito relevante em Space.SE: Pode um Saturno miniatura V chegar à Lua e voltar?

O problema de escala de cubo quadrado já foi mencionado em outras respostas, mas outro fator importante será que o O número de Reynolds do ar não é proporcional ao modelo. Você pode pensar nisso como sendo o ar mais viscoso do ponto de vista da escala menor da nave, o que aumenta o arrasto sem fornecer qualquer sustentação adicional <(Obrigado a Vladimir F nos comentários pelas correções) .

A maioria das respostas anteriores está correta, estou apenas tentando colocar isso nas palavras dos leigos.

A construção de um avião requer um ajuste fino da forma, composição do material, volumes, massas, áreas de vários elementos, como corpo, asas, superfícies de controle, motores etc. Agora pense em todos esses elementos sendo otimizados para o plano de escala real, para que ele possa voar perfeitamente nas condições aerodinâmicas para as quais foi projetado, ou seja, velocidade aerodinâmica (que envolve distância ) , densidade do ar (que envolve volume ), levantar, arrastar (que envolve área ) e peso (que envolve massa ). Tudo isso é resultado da engenharia aeronáutica e das equações da mecânica dos fluidos.

Agora, conforme apontado anteriormente, quando você escala distância , as escalas áreas , volumes e massas diferentemente. A área notável vai com distância ^ 2, volume com distância ^ 3. A massa vai mais ou menos com o volume, mas depende de que materiais o plano do modelo será feito, que são provavelmente diferentes daqueles que o plano real é feito.

Assim, torna-se óbvio que o plano de modelo reduzido opera em condições aerodinâmicas completamente diferentes do que o plano real. Daí as características de manipulação radicalmente diferentes.

O modelo em escala está voando em todo o seu potencial, mas considerando que o modelo atual está seguindo os padrões globais da companhia aérea para segurança e voo e manobras em suas zonas de segurança.

Nós não queremos que o nosso piloto de avião faça curvas apertadas só porque o avião poderia, Nós?

hoehne e Swapnil já notou que quando o modelo é capaz de manobrar as manobras não significa que o piloto deve executá-las.

Modelos, qualquer que seja o modelo, são mais ágeis graças à maior relação potência / peso e motores mais ágeis. Atrasos entre marcha lenta e aceleração total da embarcação real são muito mais longos que os atrasos para motores de modelo.

Outra diferença está na relação de volume (massa) -área, não é constante. Isso permite que o plano do modelo voe com velocidades mais lentas.

Além disso, as abas e a área efetiva do leme são diferentes para o modelo e embarcações reais. E seus ângulos de deflexão são mais altos para os planos do que para os reais.

Para construir um modelo fyable você deve alterar a posição do centro de massa. Se você dimensionar tudo, o avião não poderá voar.

A modelagem, de maneira científica, é um problema real e não trivial, e é preciso ser super cauteloso para extrapolar os dados do modelo (reduzidos) para os problemas reais (melhorados). E hidrodinâmica e aerodinâmica são as mais difíceis de todas.