Jdi na obsah Jdi na menu
 


Stabilita a řiditelnost RC modelů

7. 4. 2013

 

Stabilita a řiditelnost RC modelů
Stabilitou nazýváme schopnost letounu vrátit se bez zásahu stabilita---1.jpgpilota do ustáleného letu, ze kterého byl letoun nějakou vnější silou vychýlen. Často se hovoří o stabilitě statické a dynamické.
Statická stabilita není stabilitou v plném slova smyslu, tj. nezaručuje , že se model vrátí do původního ustáleného letu. Statická stabilita pouze zaručuje, že změní li se úhly ofukování letounu ( úhel náběhu a úhel vybočení ), vznikne aerodynamický moment, který se snaží natočit letoun tak, aby byl nafukován pod původními úhly. stabilita-2.jpgRozeznáváme statickou stabilitu podélnou, uplatňující se při natočení letounu kolem bočné osy z ( obr. 2 ), tj při změně úhlu náběhu a směrovou uplatňující se kolem vztyčné osy y tj. při změně úhlu vybočení. Protože se při natočení letounu kolem podélné osy úhly ofukování nemění neexistuje žádná příčná stabilita a někdy se tohoto termínu používá mylně.
stabilita-3.jpgDynamická stabilita uvažuje nejen zda na vychýlený letoun působí vratný moment ( požadavek statické stability ), nýbrž sleduje celý průběh pohybu letounu od počátku vychýlení. Dynamická stabilita letounu je zajištěna vrátí li se letoun do původního ustáleného letu – je tedy stabilitou v plném slova smyslu. Pohyb letounu po výchylce může být kmitavý , nebo nekmitavý ( aperiodický ). Oba druhy pohybu mohou být sbíhavé ( konvergentní ) a nebo rozbíhavé ( divergentní ). Sbíhavý pohyb prozrazuje stabilní režim letu ( letoun se vrací do původního režimu letu ), rozbíhavý pohyb je charakteristický pro nestabilní režim letu ( letoun se stále odchyluje od původního režimu letu )- obr. 3stabilita-4.jpg
Stabilita závisí také na režimu letu ze kterého byl letoun vychýlen. Letoun může mít při jednom součiniteli vztlaku ( tj. jedné rychlosti letu ) stabilní charakteristiku , při jiném nestabilní.
Uvažujeme li malé základní výchylky, zjistíme, že pohyb kolem příčné osy z ( klopení ) nezpůsobí pohyby kolem os x ( klonění ) a y ( zatáčení ) Rozeznáváme tedy dynamickou stabilitu podélnou a stranovou.
Řiditelnost sleduje chování letounu po výchylce kormidla způsobené pilotem.
 

stabilita-5.jpg

 

stabilita-6.jpg

 
 
 
 
 
 
 
 
 
PODÉLNÁ STABILITA A ŘIDITELNOST
Při úvahách o podélné stabilitě a řiditelnosti nás zajímají aerodynamické síly a momenty působící v rovině souměrnosti letounu – vztlak, odpor a klopivý moment. Největší význam pro podélnou stabilitu  a řiditelnost má rovnováha klopivých momentů, která rozhoduje o úhlu náběhu, který letoun za letu zaujme. Pilot může momentovou rovnováhu ovlivňovat výchylkami výškového kormidla a měnit jím úhel náběhu, tím i vztlak a odpor. Tyto úvahy platí stejně jak pro skutečný letoun , tak pro model.
Prvním a hlavním našim úkolem je správně určit polohu těžiště modelu letadla. Jeho umístění vyjadřujeme vzhledem ke střední´aerodynamické tětivě křídla ( SAT ), obvykle v procentech její délky od náběžné hrany křídla. Podélné vlastnosti a řiditelnost jsou dány především vzdáleností těžiště od neutrálního bodu letadla ( tzv. statická zásoba ).
Neutrální bod letadla je bod, k němuž je součinitel momentu Cm stálý, mění li se úhel náběhu α. Neutrální bod samotného křídla je v ¼ hloubky křídla ( 0,25 b ) na střední aerodynamické tětivě. Trup posunuje neutrální bod dopředu ( zhoršuje podélnou stabilitu ) o 1 až 10 % SAT, vodorovná ocasní plocha posunuje neutrální bod dozadu ( zlepšuje podélnou stabilitu ) přímo úměrně ke své mohutnosti, motor – vrtule ( plný plyn ) zhoršuje o2 až 10 %.
Přesné počítání neutrálního bodu je zdlouhavé a obtížné pro naše model vyhoví její jednoduché určení podle nomogramu II ( obr. 6 ). Potřebujeme znát plochu výškovky ( VOP ) v % plochy křídla, tedy SVOP/S, rameno VOP ( viz obr. 4 ) a délku střední aerodynamické tětivy ( SAT ), kterou určíme z nomogramu I ( obr. 5 ). SAT není přesně totožná se střední geometrickou tětivou křídla vlivem rozložení tlaku na křídle.
Vzdálenost těžiště modelu před neutrálním bodem v procentech SAT ( statická zásoba ) – doporučené hodnoty :
 
volné modely         10 – 15 % SAT ( max 20 % SAT )
jednopovelové RC 8 – 15 % SAT
vícepovelové   RC 5 – 10 % SAT
Jak se projevuje různá statická zásoba
A, U jednopovelových modelů
Velká podélná stabilita 15 – 20 % SAT
  1. Je nutný velký sklon vrtule
  2. Model vybírá prudce ze spirály a snadno přechází do přemetu
  3. Model se zdá těžký , jestli že je vyvážen blízko pádové rychlosti ( létá při velkém úhlu náběhu.
  4. Velká zásoba nutně vede ke zhoršení klouzavého letu.                                                                                       
Malá podélná stabilita zásoba 1-5 % SAT
  1. Model potřebuje k létání velký prostor, špatně se ovládá.
  2. Těžko přechází do přemetu a přejde li vůbec, potřebuje velký výkon motoru a poloměr přemetu je velký
  3. Úhel nastavení křídla a VOP je kritický
  4. Sklon osy vrtule stačí malý a let modelu je rychlý, vzhledem k plošnému zatížení křídla.
b, U vícepovelových modelů
Velká podélná stabilita, zásoba větší než 15 % SAT
1, Reakce na výchylky výškového kormidla je „ líná „
2, pilotáž požaduje velké výchylky podélného vyvážení.
3, Velká změna stoupání při přidání plynu.
4, Model nejde do vývrtky, nebo jde ale jen velmi neochotně.
5, Úhel nastavení křídla a VOP není kritický.
6, Aerodynamické zatížení VOP je vysoké a vede někdy k přetažení VOP a tím k poruše podélné stability.
Malá podélná stabilita – zásoba 1% až 4% SAT
1, Reakce na výchylky výškového kormidla je velmi živá.
2, Při přitažení výškového kormidla jde model snadno do přetažení, zvláště při malém plynu.
3, Uvedení do vývrtky je snadné.
4, Změna podélného vyvážení při spotřebování paliva je příliš velká.
5, Malá změna úhlu stoupání při přidání plynu.
6, Úhel nastavení křídla a VOP je kritický. I malá oprava potahu lakem může porušit podélné vyvážení
7, Sklon osy vrtule žádný, nebo jen velmi malý. Pozor při trimování.
Těžiště za neutrálním bodem.
1, Model je podélně nestabilní – let pokud vůbec trvá se podobá padajícímu listu bez ohledu na zatížení, velikost kormidel a výkonu motoru.
2, Každá výchylka výškového kormidla „ překormidlovává „ a vyžaduje okamžitě opačnou výchylku.
3, Létání s takto vyváženým modelem je nemožné.
Modelář 64/4    
Při rozboru stranové stability se zkoumají stranové pohyby letounu – klonění  ( to je otáčení kolem podélné osy letounu ) , zatáčení – (tj. otáčení kolem vztyčné osy   ) a boční posun ( sunutí letounu ve směru bočné osy z ) Tyto pohyby jsou na sobě navzájem závislé – každý z nich ovlivňuje ostatní dva, jejich stabilitu proto není možné zkoumat samostatně, nelze rozdělit dynamickou stranovou stabilitu na směrovou a příčnou. Vybočí li letoun , je ofukován šikmo – nesouměrně ( obr 7 ) Nesouměrným obtékáním vznikne bočná síla, zatáčivý i klonivý moment.
 Bočnou sílu Z vytvoří trup a především svislé ocasní plochy ( směrovka ) , pro které je úhel vybočení letounu β v tomto případě úhlem náběhu.
Zatáčivý moment Mv při vybočení ( říkáme mu bočivě zatáčivý moment ) je vytvořen především bočnou silou svislých ocasních ploch ( SOP ). Moment má mít takový smysl, aby se snažil otočit letoun do původního stavu před vybočením. Je li tomu tak, říkáme, že příslušný režim letu je směrově staticky stabilní. Tato směrová statická stabilita, které se také někdy říká stabilita větrné korouhvičky, je důležitá vlastnost, kterou má mít každý letoun a tedy i každý model ve všech požívaných režimech letu. Sama však nezaručuje skutečnou stabilitu       
Klonivý moment  vyvolaný vybočením ( bočivě klonivý moment ) je vytvářen hlavně křídlem a závisí na jeho úhlu vzepětí a úhlu šípu.
Vliv vzepětí křídla ( „ V „ ) je vysvětlen na obrázku 8. Sune li se model bokem je ofoukáván z boku. Rozložíme li si proud na jednotlivé složky rychlosti     zjistíme že , křídlo na té straně ,na kterou se model sune ( na našem obrázku vpravo ), je nafukováno více zdola a tím i pod větším úhlem náběhu než odvrácená půlka. Tím má i náběžná pravá půlka větší vztlak než opačná levá polovina křídla a vzniklý moment nakloní model vpravo kolem podélné osy.
Vliv šípu se projeví podobně, jen s tím rozdílem, že je závislý na úhlu náběhu. Při velkých úhlech náběhu je velký, při malých úhlech náběhu malý. Vliv vzepětí naopak není závislý na úhlu náběhu , proto také křídla rychlých letounů s velkým šípem dozadu ( pozitivním ) mají záporné vzepětí.       
Vliv vzepětí křídla na bočivě klonivý moment bývá někdy nevhodně nazýván příčnou stabilitou. Náklon modelu sám o sobě nemůže vyvolat žádný moment, aerodynamický moment může být vyvolán jen změnou ofukování.
Nakloní li se letoun jehož křídlo má nějaký úhel vzepětí , dojde vlivem složky
vztlaku k bočnímu sunutí. Tím vznikne nesouměrné rozložení vztlaku na křídlo, níže položená a tedy i náběžná půlka křídla má vztlak větší. Letoun se vyrovná do vodorovné polohy. Vlivem skluzu dojde však i k pootočení letounu, takže letoun po uklidnění poletí zase rovně, ale obecně v jiném směru. Stranové pohyby neřízeného letounu jsou vzájemně vázány a proto není možno uvažovat O stabilitě letounu v klonění, zatáčení, v bočném posuvu. Tyto stranové pohyby se však vyskytují v určitých typických kombinacích a proto je možno hovořit o několika druzích stranové stability nebo nestability. Spirálový pohyb je kombinovaný stranový nekmitavý (aperiodický) pohyb, který se podobá samovolnému přechodu letounu to strmé zatáčky (obr. 10). Náklon letounu se stále zvětšuje, poloměr zatáčky se zmenšuje, letoun přechází do strmého spirálového pohybu, směrem k zemi.
Tento nestabilní druh spirálového pohybu se také nazývá spirálová divergence. U řízeného letadla nebo modelu není na závadu pomalá divergence, která trvá obvykle desítky vteřin, protože pilot má čas vyrovnat letoun kormidly. Obvykle jsou letouny spirálně nestabilní při vyšších součinitelích vztlaku (při menších rychlostech), při nižších součinítelích vztlaku jsou stabilní a do spirály nejdou. Sledujeme-li vlivy různých činitelů na spirálovou stabilitu, zjistíme, že spirálový pohyb se stane divergentním, má-li letoun příliš velikou statickou směrovou stabilitu (příliš velké svislé ocasní plochy) a malý bočivě klonivý moment (příliš malé vzepětí křídla). Stranové kmity jsou jiným druhem stranového pohybu, jehož nestabilita se často vyskytuje (obr. 11). Tvoří dosti složitý pohyb, přičemž se periodicky mění vybočení, klonění i zatáčeni. Na pohled tento pohyb připomíná kymáceni ze strany na stranu Stranové kmity podobně jako spirálový pohyb mohou být tlumené i netlumené, ale jsou obvykle rychlé, jeden kmit trvá jen několik vteřin (u modelu 2 až 5 vteřin). Jsou nepřípustné, protože značně ztěžují řízení. Objeví se obvykle, má-li model velké vzepětí (velký bočivě klonivý moment) a malou směrovou stabilitu (malé svislé ocasní plochy). Výpočet je složitý a poměrné málo přesný. Pro nás modeláře nepřichází zatím v úvahu. Přehledný výsledek je na obr. 12. Pro praktické použití nám více poví připojené tabulky.
 
LITERATURA `
1. C. F. Baslford: Stability the radio madeller, Radio Madeller 10, Il, 12/1967
2. A. Balonkin: Teoria poleta lerajuščich modelej (DOSAAF, Moskva 1962)

3. M. Daněk: Aerodynamika a mechanika letu pro piloty a techniky (Naše vojsko 1956)