20. Stabilnost
Vsebina
DEFINICIJA STABILNOSTI
Letalo je stabilno, če se po motnji poskuša vrniti v osnovni položaj in lepo uboga vse premike komand. Nestabilen model ne poskuša obdržati osnovnega položaja in je dovzeten za premike komand. Komanda višine je zelo občutljiva in pogosto model leti valovito navzgor in navzdol, vse dokler se na krilih ne poruši vzgon. Zato je nestabilen model zelo težaven za letenje. V skrajnih primerih je model lahko tako nestabilen, da se obrne učinek komand.
Če govorimo, da je model stabilen, to ne pomeni da se vedno vrne v vodoravni let. Pri položaju komand v nevtrali se vrne v tak položaj, če pa komande premaknemo v vzpenjanje, potem model ohranja ta režim letenja vse dotlej, dokler komand zopet ne spremenimo.
Stabilen model striman za zavoj, bo ta režim nadaljeval s stalno hitrostjo in enakomernim nagibom. Enako bo model vzdrževal hrbtni let, če je striman za ta režim letenja. Modeli z V lomom krila so redko stabilni pri hrbtnem letu in se nagibajo obrniti v navpični položaj. Modeli brez V loma krila pa so enako stabilni pri normalnem in hrbtnem letu.
Sunek vetra ali kakšna druga motnja, vključno z živčnim vodenjem pilota, je pogosto vzrok za spremembo lege modela. Če lego popravljamo s komandami, se vedno pojavijo določeni momenti. Ponavadi so prisotna določena nihanja modela okoli želene lege. Resnično stabilen model se sam poravna v osnovno lego, manjši popravki pilota pa samo ustvarijo dodaten upor in zmedejo let.
VODLJIVOST IN STABILNOST
Možno je, da je radijsko voden model preveč stabilen. V takem primeru morajo krmila zagotoviti dovolj velike sile, da model spremeni režim letenja. Krmilne površine morajo biti zelo efektivne in če model leti proti oviri je pomembna tudi hitra reakcija pilota. Visoka stopnja stabilnosti je dobrodošla za začetnike v radijskem vodenju in prosto leteče modele. Večina modelarjev ima raje zmerno stabilen model, ki je bolj občutljiv na komande.
NEVTRALNA STABILNOST
Kadar model ni ne stabilen in ne nestabilen, imenujemo to nevtralna stabilnost. Vseeno kakšen vzrok spremeni lego modelu, se ta ne nagiba ohraniti prvotne lege. Vsaka motnja modelu spremeni legi in ko ta izgine, model nadaljuje let v novem režimu.
Dober primer nevtralne stabilnosti je priprava namenjena za šolanje letenja s helikopterji. Ravna plošča je vodljiva v dveh smereh, na njej pa se kotali frnikola. Učenec vodi frnikolo iz enega konca na drugega. Vsak majhen nagib plošče zakotali frnikolo in za njeno ustavitev je potrebno ploščo nagniti v nasprotno smer in v pravem času poravnati, da se frnikola ustavi. Cilj je obdržati kroglico mirno kjerkoli na ravni plošči.
Nevtralno stabilen model ni striman za noben režim letenja. Pri spuščanju, vzpenjanju, zavijanju ali hrbtnem letu je ravnotežje vedno enako. Lahko rečemo, da je model nevtralen v vseh legah, vendar v nobeni ne ostane. Nikoli ne leti v začrtani smeri, pač pa ga najmanjša motnja odkloni, zato tava po zraku po svoje. Letenje z nevtralno stabilnim modelom je sicer možno, vendar zelo težavno.
Če pripravi za šolanje namesto ravne plošče namestimo plitev krožnik, lahko simuliramo letenje stabilnega modela. Kroglica kjerkoli na krožniku najde najnižjo točko in se tam umiri, zato je vodenje kroglice zelo enostavno.
Za simulacijo nestabilnega modela, na pripravi obrnemo krožnik. Teoretično je sicer možno obvladati kroglico v določeni legi, toda v praksi je to neizvedljivo.
Ozračje je težko popolnoma mirno, saj je skoraj vedno prisotna turbulenca ki moti model med letom. Zaradi tega je potrebno modelu vgraditi stabilizacijski efekt. Nekateri nevtralno stabilni modeli (predvsem helikopterji) uporabljajo za dodatno stabilnost giroskope. Na ta način postane model zelo okreten.
TRI OSI
Problem stabilnosti in vodljivosti pri letalu je zelo zamotan. Model lahko nagiba nos navzgor ali navzdol, vrti se okoli prečne Y osi, odklanja v osi Z ali nagiba v osi X. Te tri osi so namišljen križ, ki so med seboj pravokotne in se sekajo v težišču modela.
GIBLJIVA IN FIKSNA STABILNOST
V pravem letalstvu morajo konstruktorji upoštevati, da pri spustu krmilne palice letalo obdrži režim letenja. Pri letalskem modelarstvu to ne pride v poštev. Pri spustu komandnih palic se vsi servomotorji, razen tistega za plin, postavijo v srednjo lego. Pri vodenju modela pilot čuti le upor vzmeti na oddajniških ročicah ne pa tudi sile krmila, ki deluje na servomotor.
STATIČNA IN DINAMIČNA STABILNOST
Statična stabilnost je ključnega pomena za stabilen let, vendar nima nobenega učinka kadar se modelu poruši vzgon. Model s pozitivno statično stabilnostjo vedno ohranja določeno lego. Kadar sunek vetra ali podobna motnja model zavrti iz stabilne lege, se ta z nekaj nihaji vrne v prvotni položaj. V takem primeru model nadaljuje let v nekoliko spremenjeni legi, odvisno od velikosti motnje.
V primeru, da je model premalo stabilen, je vračanje modela v osnovno lego počasnejše ali pa je nihanje enakomerno. Modeli, ki imajo velik upor, to so večinoma športni modeli in dvokrilniki, takšne motnje zelo dobro dušijo in se ta pojav izraža v manjšem obsegu.
Modeli z majhnim uporom, najpogosteje jadralni modeli, imajo ta problem veliko bolj izrazit. Let je rahlo valovit z dviganjem in spuščanjem nosu modela, ta pa ga ne zaduši. Takšen let je sestavljen iz nizov zmanjševanja vzgona na krilu. Po vsakem zmanjšanjem vzgona, model spusti nos in pridobi na hitrosti. Ponavadi se takšno nihanje povečuje, dokler model ne trešči na tla.
Na srečo poznamo zdravilo za povečanje statične stabilnosti, ki ublaži nihanje modela navzgor in navzdol. Model naj bo lahek, da na ta način dosežemo dovolj velike vztrajnostne sile na repu. Velikost sprednjega dela trupa naj bo manjša, saj deluje kot protiutež stabilnosti modela.
NEVTRALNA TOČKA
Krilo v zračnem toku, ki leti pod zmernim vpadnim kotom ima aerodinamični center blizu prve četrtine globine krila. Tudi ostali deli modela; rep, trup, podvozje …, imajo aerodinamični center na istem mestu.
Predstavljajmo si model kot en objekt, na katerem se vse sile vzgona in upora združujejo v eni točki, ki jo imenujemo aerodinamični center. Točno lego te točke lahko določimo le, če upoštevamo vpliv vseh delov modela, ki proizvajajo aerodinamično silo; njihovo površino, vpadni kot, obliko itd.
V stabilnem letu modela je vsota vseh momentov pred in za aerodinamičnim centrom enaka nič. Za dobro stabilnost modela je potrebno upoštevati tudi njihovo nagibanje po višini. Pri vsakem zasuku se mora pojaviti sila, ki model vrne v prvotno lego. Ko model zaradi motnje dvigne nos, se mu poveča sila vzgona v aerodinamičnem centru, zato se mora pojaviti sila, ki model zopet vrne v prvotni položaj.
Pri nestabilnem modelu je učinek ravno nasproten. Ko model dvigne nos, se pojavi sila, ki hoče model še bolj zavrteti v to smer. Nevtralno stabilen model pa pri nagibanju nosa ne ustvari nobenega momenta.
Na risbi A je težišče v isti točki kot nevtralna točka. Motnja, ki dvigne nos modela povzroči porast vzgona celega modela. Ker delujeta težišče in vzgon modela v nevtralni točki se ne pojavi noben moment. Model do pojava nove motnje obdrži spremenjeno lego.
Na risbi B je težišče za nevtralno točko. Ko motnja dvigne nos modela se poveča vzgon pred težiščem. Nastane moment, ki hoče modelu še bolj dvigniti nos. Model je v tem primeru nestabilen.
Na risbi C je težišče pred nevtralno točko. Dvig nosa modela povzroči porast vzgona za težiščem. Pojavi se obratni moment, ki nos modela spusti v prvotni položaj. Spust nosa povzroči zmanjšanje vzgona za težiščem, moment pa zopet dvigne nos v prvotni položaj. Takšen položaj se uporablja na različnih modelih, kot prikazuje druga risba.
MIRUJOČA MEJA
Mirujočo mejo imenujemo razdaljo med težiščem in nevtralno točko. Koristna je pri primerjavi več modelov med seboj, saj podobna mirujoča meja podaja tudi podobno statično stabilnost. Večja je mirujoča meja, tem večja je statična stabilnost.
Lahko povemo tudi drugače, da premik težišča spremeni mirujočo mejo in s tem statično stabilnost. Z zmanjševanjem mirujoče meje postane model občutljiv in dovzeten za motnje. Da je mirujoča meja nepravilna, ugotovimo pri pristanku trimanega modela, ko je odklonjeno višinsko krmilo. V takem primeru v nos modela dodamo ali odvzamemo balast.
LEGA NEVTRALNE TOČKE
Za modelarja ni tako pomembno da pozna lego nevtralne točke, saj se stabilnost lahko določi s pravilno lego težišča. Je pa dobrodošla pri primerjavi dveh modelov med seboj.
Nujno pa moramo poznati lego nevtralne točke, kadar gradimo model racman, saj vsaka dvižna sila pred težiščem ustvarja nestabilnost. Ker pri racmanih nosi tudi prednje krilo, je nevtralna točka veliko bolj naprej kot aerodinamični center glavnega krila. Za stabilnost racmana mora biti zato naprej pomaknjeno tudi težišče.
Vsaka površina za težiščem ima stabilizacijski efekt in povzroči, da se nevtralna točka pomakne nekoliko nazaj. Na žalost je učinek višinskega stabilizatorja ravno nasproten od krila, še posebno kadar se nahaja v motenem toku zraka. Kljub temu lahko naredimo učinkovit višinski stabilizator, če ga naredimo večjega kot to določa stabilizacijski koeficient stabilizatorja.
Enačba za določanje velikosti višinskega stabilizatorja vključuje velikost krila in dolžino trupa:
Ta koeficient pa moramo zmanjšati za določeno vrednost, ki je odvisna od izgube učinkovitosti višinskega stabilizatorja zaradi motenega toka. Najbolj učinkovit je T-rep, ki ima učinkovitost 90%, nizko ležeč višinski stabilizator na debelem trupu pa samo še 50%. To so le približki, saj veliko faktorjev vpliva na tako ocenitev. Pri racmanih se ista formula uporablja za nestabilen efekt prvega krila.
TRUP IN OSTALI VPLIVI
Trup ima nestabilen efekt. Kakorkoli dolg ali vitek trup se pri gibanju skozi zrak nagiba obrniti bočno proti toku. Teža trupa pri tem nima nobene vloge. To lahko opazimo pri metanju palice. Puščice in rakete imajo stabilizatorje, ki ta efekt izenačujejo.
Efekt trupa na letalu obvladujejo stabilizatorji in krilo. Da dosežemo zahtevano stabilnost, mora biti težišče dovolj naprej. Elisa, ki je ponavadi postavljena v prednji del trupa ima prav tako nestabilen efekt. Kadar se elisa vrti z veliko močjo je ta efekt večji, kot če miruje. Zaradi tega nastane razlika stabilnosti pri različnih hitrostih vrtenja elise.
Vsak del letala, ki se nahaja v toku zraka ima nek vpliv na letenje. Veliko podvozje pred težiščem deluje zelo nestabilno, medtem ko npr. Širok opornik na repu deluje kot stabilizator. Mirujoča meja se lahko uredi če upoštevamo vse faktorje in dobimo zadovoljive rezultate.
VEČKRILNIKI IN TANDEMI
Aerodinamični center pri dvo ali večkrilnikih se nahaja v točki, kjer bi vse površine nadomestila samo ena. Aerodinamični center dvokrilnika se nahaja nekje v liniji med obema aerodinamičnima centroma obeh kril.
To sicer vedno ne drži, saj oba krila ponavadi nista enako učinkovita. Nižje krilo je ponavadi manj učinkovito kot zgornje, čeprav sta obe površini kril enaki. Zaradi tega se aerodinamični center nahaja nekoliko bližje zgornjemu krilu. Večje kot je zgornje krilo od spodnjega, tem bližje se nahaja aerodinamični center modela.
Pri tandemu se zadnje površine obnašajo enako kot stabilizatorji, zato se temu primerno spremeni tudi lega nevtralne točke. Potrebno je upoštevati, da se ne spremeni vzgonska obremenitev, saj le na ta način ostane težišče nespremenjeno.
KAKO DOLGA JE MIRUJOČA MEJA?
Metoda za ugotavljanje nevtralne točke je odvisna od zmogljivosti repnih površin, efekta trupa itd. Lega mirujoče meje se odraža kot decimalni zapis srednje globine krila. Pri motornih modelih je dovolj, da se iz te točke oddaljimo do 0,2 srednje globine krila. To je dovolj velik razpon za doseganje dobre vodljivosti pri izvajanju akrobacij. Pilot pa kasneje sam prilagajal lego težišča glede na svoje zahteve in znanje letenja.
