动态翱翔：时速545英里的RC飞机没有发动机

有记录以来最快的遥控飞机飞行发生在2018年，最高时速为545英里/小时。那就是877公里/小时，或者说0.77马赫！

阻碍飞行员兼设计师斯宾塞·利森比(Spencer Lisenby)的飞机更快飞行的限制因素是什么？机翼部分上方的气流撞上了音障，由此产生的迷你音爆对空气动力学造成了严重破坏。什么样的增压喷气发动机可以推动模型飞机的速度超过它的机翼所能承载的速度？绝对没有；令人惊讶的是，最快的RC飞机是滑翔机。

动力翱翔(DS)在20世纪90年代中期的某个时候首次被利用来推动模型飞机。从那时起，飞行员之间的非正式国际竞争将最先进的水平推得越来越远，在短短20年内，最高测量速度提高了两倍多。但动态飙升并不是什么新鲜事。事实上，自从地球上有风和斜坡以来，这就成为可能。信天翁，动物王国的长距离冠军，一直在“DSing”，我们知道它已经有一个世纪了。

DS是模型飞行的最高技术前沿，充满了有趣的物理现象和工程挑战。到目前为止，这些飞机都是由人远程驾驶的，但要达到新的高速，除了新一代飞机设计之外，可能还需要机载硅的快速反应时间。当条件合适时，滑翔机可以从动态飞行中获得“自由”的速度提升，这可能会扩大无人机的航程。简而言之，DS正处于转折点，事情即将变得非常有趣。是时候让你了解一下动态翱翔了。

当风吹过一座小山时，它必须一遍又一遍地往上走，重点是“上”。滑翔机飞行员长期使用这种山脊升降机，在山体前侧的山脊升降机中无限期滑行的飞机模型练习被称为“坡度翱翔”。有了无限的升力来源，滑翔机模型可以用很小的动力做各种有趣的杂技，只要他们不撞到山上或飞到山的后面。

在背面，空气再次向下拉，在上方流动的空气和静止的山谷中的风影之间有一个奇怪的湍流区域。众所周知，飞机背面吃的是模型飞机，先把它们往下拉一点，然后四处翻滚，然后让它们在静止的空气中慢慢下沉。如果你幸运的话，去取你完好无损的飞机要走很长一段路。如果你运气不好，你可以在山坡的背风面收集你的碎片。

直到有一天，非凡的滑翔机飞行员(也是航空工程师)乔·沃茨飞来飞去。他意识到他顶着大风回不来了，不想往下走，所以他把飞机对准了谷底。它加快了速度，越过了湍急的区域，进入了静止的空气中，在那里他能够把它飞回山顶，因为他没有与强劲的逆风作斗争。当它爬升并重新进入风流时，他注意到它的速度加快了。然后他就开始故意这么做了。

因此，随着RC滑翔机的动态翱翔诞生了。(咔哒！)。乍一看，它似乎是一个永动机，但诀窍是，每次飞机重新进入快速移动的空气中，它都会被推向下风。潜入静止的空气中可以让它飞回开始的地方，而不会受到相反方向的等量推力。只要飞机在回程中获得的推力大于失去的阻力，它就会带着更多的能量离开圆圈-它会飞得更快。

快就是快。速度记录的进展停滞不前了几年，因为没有商业上可以买到的时速超过300英里的雷达枪-与碳纤维RC滑翔机相比，超级跑车速度很慢。当更好的雷达探测器出现时，很大程度上是由于斯宾塞和DS社区的持续纠缠，测得的速度急剧上升-这是图表中间的垂直线。

在这项运动还很年轻的时候，最高可达到的速度受到机翼僵硬的限制：颤动是机翼杀手。如果机翼的振动以高速启动，就会有大量的能量来保持它的放大，结果是机翼会撕裂自己，或者离开飞机的机身。

现代飞机有防颤振的翼型设计，但也是由碳纤维和其他高科技复合材料制成的。与“普通”滑翔机不同的是，DS滑翔机有一个令人羡慕的问题，那就是面对太多的风能，所以它们可以在不太担心重量的情况下建造得很强壮。

今天，最高速度的限制是空气动力学和人类飞行员。在机翼顶部流动的空气必须穿过音障，在那里它不再是可压缩的。这会在机翼中部产生冲击波，从而扼杀其空气动力学效率。与全尺寸飞机一样，解决方案是向后掠过机翼。这将平滑机翼上的压力梯度，但这意味着飞机需要重新设计。这就是斯宾塞下一个设计的方向。

要想了解动态翱翔的最新技术，你真的应该看看斯宾塞的演讲。如果你只关心飞机，他自己设计的历史大约在20分钟后就开始了。

当斯宾塞设法设计和制造一架可以接近音障的飞机时，下一个限制因素可能是环路中的人。在已经超过200米/秒的速度下，人的反应和决定时间大约为250毫秒到500毫秒，相当于100米的飞机旅行。如果一架飞机在离地面仅20米的高度以这样的速度遇到严重的湍流，那么在任何肉袋都没有机会眨眼之前，它可能就是碳纤维尘埃了。引用斯宾塞的话说，“每有一个新的速度，你就会有一种感觉，就像你超出了你的能力范围，你的大脑跟不上正在发生的事情。”

虽然我们还没有完全做到这一点，但很可能再过20年，最快的DS飞机将大大提高自动化程度，因为人类将无法跟上。这带来了一系列新的挑战，从仪器和电机到算法设计。在更广泛的飞机模型爱好中，有大量的自动驾驶系统可用，例如ArduPilot，但它们都没有跨音速DS所需的闭环响应时间。但他们比人类跑得更快。

瑞利勋爵第一次注意到信天翁不拍打翅膀就能飞很远的距离。他称这种现象为“阵风飙升”。但反常的是，直到模型飞机的DS革命之后，我们才完全开始完全了解空气动力学，在这方面，我们仍然有很多东西需要向大自然学习。

信天翁的翅膀长度上有一组应变和风速传感器，可以实时分析和控制它的飞行，这是我们甚至无法开始接近的。据报道，它们能够在海浪的尾流中翱翔，即使它们睡着了，翼尖只在水面上掠过几厘米。

也许未来动态飞行的一个应用将是无人机，它通过收集风速梯度来节省电力，无论是在海洋上还是利用特定的地形。我们很乐意听到沉默的DS机器人取代它们喧闹的直升机兄弟。想象一下，滑翔机在接近多风的小山的背风面时，沿着航线暂停，绕圈加速，然后继续前进到下一个。把它和平房上方的热升降源或太阳能结合起来，你可能会得到一些东西。

但在我们的头脑迷失在云层中之前，让我们回到物理上来。你可能会想，“嘿，既然有这么多的免费能源，为什么我们还没有收获它呢？”动态翱翔的“动态”部分来自上转弯：飞机只有在快速移动的空气中才能获得能量。循环的下半部分刚刚回到它开始的地方。如果你不需要去任何地方，你可能会想象跳过效率低下的返回路径，只需用一根高大的桅杆将飞机拴在地面上，就可以将能量收集效率提高一倍。让机翼旋转一个发电机，也许使用其中的三个，你就发明了现代风车，它的效率至少是目前最好的DS飞机的两倍。

因此，也许动态翱翔的未来和现在完全一样：一项充满肾上腺素、空气动力学和不乏设计挑战的有趣运动。或者，也许您的未来是发现DSing。在另一个世界，与竞争激烈的碳飞机的高昂成本不同，你可以从DIY泡沫模型开始，几乎不花任何钱，或者干脆拿出奶酪买一架。初学者的模型出人意料地健壮，如果你破坏了它，你可以把它粘在一起，或者收获伺服电机然后重新开始。飞翔快乐！