O que se pretende com a classe "F5J"? (see English version below)
Até 2010 a designação F5J não tinha qualquer carácter oficial, era apenas uma designação genérica usada em vários países para fórmulas de competição de motoplanadores eléctricos com tarefa de duração e aterragem de precisão, um F3J mas com o reboque manual por cabo substituído por um motorização eléctrica. Em 2010 foi proposta e aprovada pela FAI a classe provisória F5J para motoplanadores radiocontrolados de duração com propulsão eléctrica. Os vários regulamentos são bastante diversos mas o importante é que desde 2007 quase em simultâneo e em vários países sentiu-se a necessidade de estabelecer regras que definam a competição para motoplanadores eléctricos permitindo a utilização de motores com ou sem escovas e baterias de qualquer tipo, impondo apenas restrições de modo a que modelos de características diversas tenham um ganho de altura semelhante e que este mesmo ganho de altura não seja tão grande que seja possível completar o voo até ao final do tempo de trabalho sem que o piloto encontre e use correntes ascendentes. Definindo um tempo de voo de dez minutos, igual ao usado na classe FAI F3J, importa então regular a classe de modo que os modelos tenham um ganho de altura na ordem dos 200 metros, o que proporciona num bom modelo uma duração de voo de cerca de 6 minutos em condições "neutras", sem ascendentes nem descendentes. No como regular é que está a questão... Para baralhar ainda mais a questão, depois da fórmula “200m” ganhar aceitação quase universal, porque efectivamente a altura de saída de todos os concorrentes é praticamente igual (o que não acontecia nas outras fórmulas), foi avançada a ideia que devia ser mais pontuado o concorrente que voasse mais tempo dentro dos dez minutos com uma menor altura de corte do motor. Se o conceito é fácil de perceber a sua regulamentação é complicada pelo facto que medir a altura a que se corta o motor não é o mesmo que calcular a altura a que o modelo nivela após o corte do motor, dado que se o modelo tiver uma velocidade considerável esta lhe vai permitir subir consideravelmente após o corte do motor. A solução adoptada na classe F5J é que seja medida a altura máxima desde o corte do motor até 10 segundos após o mesmo corte, tempo considerado suficiente para evitar a vantagem da tal subida pós-corte, o chamado “zooming”. Passando
para a análise das várias soluções possíveis, importa perceber que a tecnologia
não pára, que a solução ou o problema de hoje podem não ser os de amanhã e que
todas as soluções de restrição/verificação tem prós e contras.  Regras por limitação de altura (“200m”): Neste caso é definido uma altura limite acima da qual o equipamento limitador vai cortar o comando de potência. As regras inglesas desde 2009 estabelecem a altura como 200 metros com uma tolerância de 10% para o modelo continuar a subir após o corte "automático" do motor. Estas mesmas regras também estabelecem um limite de tempo motor de 30 segundos. O equipamento de corte também regista a altura em função do tempo ("height logger") e pode ser usado para verificação do corte do motor dentro das regras. Vantagens: - Mecanismo "automático" de corte de potência em altura ou em tempo motor conforme programado - Todos os modelos ganham a mesma altura - Rapidez e facilidade na verificação do limitador de altura - Não há vantagem para as motorizações mais caras, desde que o modelo atinja os 200m nos 30s é indiferente a eficiência da motorização Desvantagens: - Necessidade de um limitador instalado no modelo e para cada modelo com os custos associados - Vantagem para modelos com maior envergadura/alongamento/menor carga alar (modelos mais caros) dado todos saírem à mesma altura Regras de altura variável (F5J): Para premiar o piloto que consegue voar os 10 minutos com uma altura de lançamento menor é estabelecida uma regra de penalização por “Altura de saída”, a altura máxima atingida entre o intervalo do corte do motor mais 10 segundos, de 0,5 pontos até aos 200m e de 3 pontos acima dos 200m. Exemplificando: O piloto A corta o motor e o seu modelo atinge uma “Altitude de Lançamento” de 120m, então são deduzidos 60 pontos (120 X 0,5) aos pontos obtidos pelo tempo de voo e bónus de aterragem. O piloto B corta o motor e o seu modelo atinge uma “Altitude de Lançamento” de 220m, então são deduzidos 160 pontos (20 X 3 + 200 X 0,5) aos pontos obtidos pelo tempo de voo e bónus de aterragem. A definição da “Altura de saída” como altura máxima entre o corte do motor e um período de 10 segundos após o mesmo corte é feita para eliminar qualquer vantagem de “zooming” (ganho de altura após o corte do motor por subida com excesso de velocidade), porém também acontece que se o modelo é lançado e o piloto encontra uma ascendente, corta o motor mas nos 10 segundos seguintes o modelo vai continuar a subir e daí resultam pontos de penalização adicionais, o que não faz muito sentido, afinal o objectivo é encontrar uma ascendente tão cedo e tão forte quanto possível. Para conseguir determinar a “Altura de saída” são necessários dois equipamentos, um “logger” no modelo (que pode ser o mesmo que o utilizado na fórmula “200m”) e um leitor da “Altura de saída”, ligado ao “logger” após cada voo (também seria possível por ligação a um computador e leitura do gráfico altura em função do tempo mas seria bastante demorado). Por imposição das regras só é possível fazer um voo por tempo de trabalho, sem se perceber porquê dado que nas fórmulas FAI para planadores térmicos (F3B e F3J) existem tentativas ilimitadas (mas sempre apenas contando a última tentativa). Outra restrição da fórmula é que não é possível (dado que o software do altímetro/limitador não permite) voltar a ligar o motor após o lançamento, o que pode levar à perca do modelo. Neste momento (2012) é a fórmula adoptada para competições internacionais a nível FAI, existindo um circuito internacional europeu de provas; nalguns casos são localmente adoptadas excepções menores a algumas das regras. Vantagens: - Maior competitividade e dificuldade na tarefa do voo de duração Desvantagens: - Necessidade de um registador de altura (“logger”) instalado no modelo e para cada modelo com os custos associados - Mais um equipamento necessário para a organização e para o treino do concorrente, o leitor de “Altura de saída” - Apenas uma tentativa por tempo de trabalho - Morosidade no processamento da leitura da “Altura de saída” dado que obriga ao acesso ao “logger” em todos os modelos e após cada voo (há modelos em que é necessário desmontar o cone ou a asa da fuselagem) - Problemas na leitura da “Altura de saída”, há equipamentos (variador electrónico de velocidade, receptor) que levantam problemas de compatibilidade e não é possível ler a altura de saída, anulando o voo - Vantagem para modelos pequenos e muito leves dado ser importante a capacidade de termalizar à mais baixa altura possível Regras por limitação da potência/peso (“200W/kg”): Neste caso o modelo é pesado e é calculado em função deste peso uma potência máxima permitida, medida por colocação em série de um wattímetro entre a bateria e o variador de potência. As regras inglesas usadas desde 2007 permitem a relação máxima de 200 watt por quilograma de peso, actualmente (2012) até ao máximo de 600W (por exemplo se o modelo pesar 1,2 kg então a potência máxima permitida é de 1,2 X 200 = 240 watt). Pelas mesmas regras o tempo motor é também limitado ao máximo de 22 segundos após o que o comando da potência tem que ser "manualmente" cortado pelo piloto. Actualmente (2012) estas regras estão em uso apenas na Grã-Bretanha (Bartletts League) opcionalmente e em simultâneo com regras “200m”. Vantagens: - Não é necessário qualquer equipamento no modelo - Equipamento de medição é exigível à organização e não ao concorrente Desvantagens: - Medição da potência depende da temperatura exterior, que varia de prova para prova e durante cada prova - Processo de verificação da relação potência/peso moroso e potencialmente perigoso (troca de fichas e polaridades) - Na prática impõe-se a verificação antes do início da prova de todos os modelos, após o início e dado o tempo necessário é difícil efectuar uma verificação representativa e com o possível aumento da temperatura ambiente pode falsear valores e a verif. ser injusta nas penalizações consequentes - Vantagem para motorizações mais caras e mais eficientes - Relativa facilidade de substituir componentes, retirar lastro, etc. e contornar o regulamento Regras por limitação da bateria: Neste caso é especificada a ou as baterias admissíveis, ou um máximo de peso, voltagem, etc. da bateria assim como quando é que a recarga da bateria é permitida, etc. Foi este o tipo de regras inicialmente utilizado nos motoplanadores na fórmula "Electro 7", com baterias NiCad ou NiMH de 7 elementos, entretanto ultrapassadas pelas baterias de lítio. Actualmente (2012) estas regras são apenas usadas em Espanha, França, etc., como “classe de iniciação” com modelos de pequena envergadura. Vantagens: - Facilidade a nível de utilização (sem equipamento instalado a bordo dos modelos) Desvantagens: - Dificuldade em estabelecer especificações da bateria que agradem a uma maioria significativa de concorrentes - Dificuldade em controlar as especificações de fabrico das baterias e evoluções por parte do fabricante - Risco da bateria especificada deixar de ser produzida, tornar-se obsoleta, etc. - Facilidade de optimizar a bateria, alterar elementos mantendo o invólucro, etc. - Dificuldade técnica no controle rigoroso das características reais da bateria a verificar - Vantagem para motorizações mais eficientes e mais caras Regras por limitação da energia/peso: Neste caso o modelo é pesado e é calculado em função deste peso um total de energia disponível para o lançamento, este valor é programado no limitador de energia e quando no lançamento o modelo "gasta" esta energia o motor é "cortado" pelo limitador. No ano de 2008 as regras "200W/kg" inglesas também permitiam a utilização do limitador de energia com o valor de energia em watt por minuto = peso (em grama) /10 (por exemplo um modelo a pesar 1 kg dava 1000/10=100W/min) até ao máximo de 200W/min, ou seja a energia também era limitada para modelos acima de 2 kg de peso. Nas regras inglesas de "200W/kg" era limitado o tempo de motor ao máximo de 40 segundos, após o que o comando da potência tinha que ser "manualmente" cortado pelo piloto. Actualmente (2012) não existe utilização deste tipo de regras. Vantagens: - Mecanismo "automático" de corte de potência - Independente da temperatura exterior
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Fácil de verificar se o limitador foi alterado Desvantagens: - Preço do limitador - Necessidade de um limitador instalado no modelo e para cada modelo com os custos associados - Problemas sérios na fiabilidade do limitador (influenciado pela cablagem, fichas, variador utilizado, etc.) - Dificuldade de instalação (peso e volume) - Morosidade na programação e verificação da limitação da energia disponível - Quase inexistência de fabricantes de limitadores específicos para a modalidade dada a dificuldade técnica de conceber limitadores para a pouca energia gasta
 What is the purpose of the “F5J” formula?
Until 2010 the F5J designation did not have any kind of official status, it was used in several countries as a generic name of competition rules for electric motor gliders with thermal duration and precision landing tasks, like F3J but with the manual tow launch replaced by electric propulsion. In 2010 a proposal for a F5J provisional class was approved by FAI for thermal duration motorgliders with electric propulsion.
Naturally the specific rules are quite diverse but what is important is that since 2007, almost simultaneously and in several countries the need was felt for a competition formula for electric motorgliders, allowing any kind of electric motor (brush or brushless, etc.) and any kind of battery, with rules that allow that every model climbs approximately the same height under power and at the same time that this height gain is not sufficient for a duration flight until the end of the working time without the pilot finding and using thermal upcurrents.
Setting the goal of a flight time of 10 minutes, identical to the FAI F3J formula, the main issue is the how to make a set of rules and restrictions so that all the models have a height gain of about 200m, just enough for a good model to fly for about 6 minutes in “neutral air” (without up or downcurrents).
To further confuse the matter, after the “200m” rules gained general acceptance as effectively the launch height is the same for all models (unlike the other formulas), the notion of a more competitive formula was forwarded if the competitor that flew longer within the 10 minutes with a lower launch height was somehow rewarded. If this concept is simple enough to understand, the problem lies as the height at the time the throttle is cut can be significantly lower than the height at which the model enters level flight if the model has enough speed (kinetic energy) to “zoom climb”, trading speed for height. The F5J rules define that the maximum height since the throttle is cut until 10 seconds have passed is considered the “Start Height”, these 10 seconds are considered time enough to cancel any advantage of the so called “zooming” tactics.
Analysing the available options for rules and restrictions, one must keep in mind that technology is always “on the move”, that today’s solution or problem may be changed by tomorrow and that every set of rules and restrictions has it’s advantages and drawbacks.
Limited height rules (“200m”): In this instance a height is defined above which the height limiting device will cut the throttle. The British rules since 2009 set this height at 200m with a 10% tolerance margin for further climb after the “automatic” motor cut. The same rules also establish a 30s motor runtime limit. The altimeter/height limiter also functions as a height “logger” and this can also be used for checking the correct programming and functioning of the altimeter/height limiter.
Pros:
- “Automatic” throttle cut at height or time programmed limits - All the models gain the same height - Processing of the altimeter/height limiter is quick and easy - There is no practical advantage in using expensive and efficient powertrains, as long as the model is able to reach the 200m in 30s the powertrain efficiency is of no consequence
Cons:
- Cost as one altimeter/height limiter is needed for each model - Advantage for models with greater wingspan/aspect ratio/lower wing loading (more expensive models) as all the models gain the same height
Variable height rules (F5J): To reward the pilot that is able to fly longer, up to the 10 minutes, with a lower launch height a “Start Height” is defined as the maximum height reached between the instant that the throttle is cut plus 10 seconds and accordingly with this “Start Height” value a penalty system is set of minus 0.5 points up to 200m and 3 points above 200m.
Two examples:
Pilot A cuts the throttle and his model reaches a “Start Height” of 120m then to his flight time and landing bonus points are deduced 60 points (120 X 0.5).
Pilot B cuts the throttle and his model reaches a “Start Height” of 220m then to his flight time and landing bonus points are deduced 160 points (200 X 0.5 + 20 X 3).
The definition of the “Start Height” as the maximum height reached between the instant that the throttle is cut plus 10 seconds was made to prevent any advantage of “zooming” (height gain after the throttle is cut by conversion of excess speed), however it also implies if the model is launched and the pilot finds a thermal, he cuts the throttle and in the next 10 seconds naturally the model will keep climbing, increasing his “Start Height” penalty points; this doesn’t make much sense, after all the point of thermal flying is to find the strongest thermal as soon as possible.
To measure the “Start Height” two different devices are needed, an height logger onboard the model (it can be the same as used in the “200m” competitions) and a “Start Height” reader which is connected to the logger after each flight (although it would be possible to read the height versus time graph downloaded to a computer this would be very morose). The rules only allow one flight per working time, one wonders why as the other FAI thermal gliding formulas (F3B and F3J) unlimited attempts (but only the last one is considered). Another formula restriction is that it is not possible (by software of the height logger) to turn the motor on after the launch, which may cause loss of the model.
Presently (2012) this is the formula adopted for FAI international competitions, there is already a European League of events; in some competitions slight deviations from the FAI rules are accepted.
Pros:
- Greater competitiveness and difficulty of the duration task
Cons:
- Cost as one height logger is needed for each model - One more device is needed at least by the event organizer and possibly for individual training, the “Start Height” reader - Only one flight allowed per working time - “Start Height” processing is time consuming as every model’s logger must be accessed after each flight (some models need disassembling of the nose cone or of the wing from the fuselage) - Problems reading the “Start Height”, due to compatibility issues between the ESC, receiver and reader sometimes no value is logged and the competitor’s flight score must be zero - Advantage for small and very light models as low-level thermalling ability becomes important
Power/weight ratio rules (“200W/kg”): In this instance the model is weighted and according to this a maximum power value is calculated, then the model power is checked using a wattmeter in series between the battery and motor speed controller. The British rules used since 2007 allow the maximum ratio of 200 watt per kilogram, actually up to a maximum of 600W (for instance, if the model weights 1.2 kg then the maximum allowed power will be 1.2 X 200 = 240 watt). The same rules now allow a maximum motor runtime of 22s, after which the throttle has to be “cut” by the pilot.
Presently (2012) this formula is only in use in Great-Britain (Bartlett’s League), simultaneously and in option to “200m” rules.
Pros:
- Onboard equipment is not needed - The model processing equipment (wattmeter, scales) is only needed by the event organizer and not needed by the contestant
Cons:
- Measured power is dependent of outside air temperature, changing from event to event and during the event - Model power/weight ratio processing is slow and potentially dangerous (plug and polarity mistakes) - In reality every model should be processed before the event’s flying starts, after this and considering the considerable delay it’s difficult to check a representative number of models for power/weight ratio and with a possible outside air temperature increase along the day these values can be misleading and penalties not fair. - Significant advantage for expensive and more efficient powertrains - It is easy to change powertrain components, remove ballast, etc., and cheat the rules
Limited battery rules: In this instance a specific type of battery or maximum weight, voltage, etc., battery characteristics are set in the rules as well as how and when battery charging is allowed. These were the initial motorglider (“Electro 7”) rules for 7 cell NiCad or NiMH batteries, meanwhile rendered obsolete by the LiPo batteries.
Actually (2012) these rules are only used in Spain, France, etc., as an “entry level” class for smaller models.
Pros:
- Easy to use (no onboard equipment required)
Cons:
- Difficulty defining battery specifications that will please the large majority of contestants - Difficulty in controlling battery specifications and evolutions by the battery maker - Problems with battery availability, out of production or obsolescence - It is easy to optimize the battery, change cells keeping the wrapping, etc - Technical difficulty of proper battery processing and validation - Advantage of using more expensive and efficient powertrains
Energy/weight ratio rules: In this instance the model is weighted and according to this a maximum energy value is calculated and programmed in the energy limiter, when the model “spends” this energy the throttle is cut by the limiter. In 2008 the British “200W/kg” set of rules also permitted the use of the energy limiter, using the formula:
Energy (watt/minute) = Model weight (gram)/10
(for instance, if the model weighted 1 kg then its energy limit would be 1000/10= =100W/min), up to a maximum of 200W/min (energy limit for models weighting above 2kg), the motor runtime was limited to 40s, after which the pilot had to “manually” cut the throttle.
At the moment (2012) this type of formula is not in use.
Pros:
- “Automatic” device that cuts the throttle - Independent of outside air temperature - Energy limiter easy to verify
Cons:
- Price of the energy limiter - One energy limiter is needed for each model - Serious energy limiter reliability issues (problems with cabling, plugs, speed controller, etc.) - Difficult to install (weight and volume) - Delay in model processing (weighting, energy limit calculus and programming) - As the energy limit is small there are almost no suitable energy limiters available |
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Regulamentos da classe / Formula rules |