19. Ravnotežje letečega modela

Vzdolžno ravnotežje in trimanje
Ravnotežje in stabilnost sta si različni, vendar tesno povezani. Za dober let mora biti model v ravnotežju, čeprav to ni garancija za stabilnost. Za stabilen model rečemo takrat, kadar se po motnji vrne v prvotno lego. Pri letu v ravnotežju model ne sme imeti tendence nagibati nos navzgor ali navzdol. Lahko rečemo, da ima uravnotežen let vse momente v ravnotežju. V praksi to pomeni, da mora biti vzpostavljeno ravnotežje pri vsaki legi letala, katero želi pilot, obenem pa mora biti vselej tudi vodljivo.

Ravnotežje s silo navzdol na višinskem stabilizatorju
Na risbah so prikazani različni načini za ustvarjanje ravnotežja. Pri najbolj običajnem primeru se težišče nahaja blizu aerodinamičnega centra krila. Ker ima krilo ukrivljen profil je prisoten moment, ki poskuša spustiti nos modela, zato se mora na višinskem stabilizatorju pojaviti sila navzdol. Če ima krilo simetrični profil, tega momenta ni in rep ne ustvarja nasprotne sile. Če je profil krila zelo ukrivljen in težišče blizu aerodinamičnega centra krila, se lahko zgodi, da višinski stabilizator ne zmore ustvariti dovolj nasprotne sile, zato taka postavitev ne more biti v ravnotežju.
Običajna razporeditev sil za ravnotežje z višinskim stabilizatorjem. Višinski stabilizator je pod rahlim negativnim kotom glede na tok zraka, zato proizvaja silo navzdol. Zaradi te sile se na višinskem stabilizatorju pojavi tudi induciran upor. To je varna in stabilna postavitev, saj je višinski stabilizator v toku zraka, ki se za krilom odklanja navzdol.Ker je višinski stabilizator postavljen za glavnim krilom, učinkuje nanj tudi tok zraka navzdol za krilom. Kot tega toka je odvisen od oblike krila in vzgonskega koeficienta pri katerem model leti. Vzgonski koeficient je pri nižjih hitrostih višji, zato se spremeni tudi kot toka zraka navzdol za krilom. Pri višji hitrosti letenja je vzgonski koeficient manjši, zato je temu primerno manjši tudi kot zraka navzdol. Kljub različno odklonjenem toku za krilom, mora višinski stabilizator ustvariti zadostno nasprotno silo, da se izenači moment krila. Če je lega težišča blizu aerodinamičnega centra je višinski stabilizator postavljen v bolj negativen aerodinamični vpadni kot kot krilo. To razliko ponavadi imenujemo vzdolžni V lom.
Za doseganje novih položajev letenja je višinski stabilizator opremljen z višinskim krmilom, ki spreminja ukrivljenost in efektivni vpadni kot višinskega stabilizatorja. Različna lega krmila določa svoj režim letenja in če je odklon premajhen lahko določenega režima model ne zmore. Primer je lahko model, ki ni striman za hrbtni let in namesto ohranjanja višine nadaljuje let strmo navzdol, kljub polno odklonjenem krmilu za višino. Takšno vodenje je včasih normalno pri šolskih modelih, ki zahtevajo neobčutljive komande.
Pri navpičnem spuščanju model z ukrivljenim profilom poskuša obrniti v vodoraven položaj, razen če mu to preprečuje višinski stabilizator. Čeprav je višinsko krmilo odklonjeno navzdol, da obrne model v strm let, je na višinskem stabilizatorju še vedno prisotna sila navzdol, da ohranja ravnotežje.

Ravnotežje pri racmanih
Položaj pri racmanih je prikazan na risbi. Težišče in vzgon sta postavljena tako, da se ne spremeni moment krila. Če ima glavno krilo ukrivljen profil, mora prednje krilo ustvariti določeno dvižno silo, da se ustvari ravnotežje.
Pri racmanih je ravnotežje vzpostavljeno s silo navzgor na prednjem krilu. Na ta način nekaj tovora odvzame krilu.Ker prvo krilo ustvarja vzgon se za njim pojavi odklon toka navzdol, ki ima vpliv na spremembo vpadnega kota glavnega krila. Čim manjše in vitkejše je prednje krilo, tem manjši je ta efekt. Najbolj problematični so končni vrtinci prednjega krila, ki lahko ustvarijo močno motnjo v toku zraka. Značilno za racmane je tudi to, da leži prednje krilo v toku navzgor zaradi induciranih vrtincev glavnega krila. Ta problem se vedno pojavlja, kadar sta dva krila, ki ustvarjata vzgon, blizu skupaj. Krila se med seboj motijo in spreminjajo tok zraka za njimi navzdol. Kot pri običajnih letalih mora prvo krilo ustvariti zadostno silo, da letalo doseže ravnotežje v vseh pogojih letenja.

Ravnotežje brez sile na višinskem stabilizatorju
Pri krilih z nespremenjeno ukrivljenostjo (brez zakrilc) je ravnotežje doseženo brez dodatne sile na višinskem stabilizatorju le pri eni določeni hitrosti. Prednost tega je, da višinski stabilizator tako ustvarja najmanj upora. Kadar katerakoli površina ustvarja vzgon, se pojavi induciran upor, ki se sešteva k oblikovnemu uporu. Da se izognemo induciranemu uporu, višinski stabilizator ne sme ustvarjati vzgona in deluje le kot stabilizator. Profil mora biti simetričen, saj daje najmanj upora pri ničnem vpadnem kotu.Ravnotežje brez nosilnosti višinskega stabilizatorja se lahko ustvari s postavitvijo težišča na prvo tretjino globine tetive krila. V tem primeru višinski stabilizator ne proizvaja induciranega upora, vendar samo pri eni določeni hitrosti.
Če je težišče postavljeno nekoliko za aerodinamičnim centrom krila, potem je moment krila izenačen s silo vzgona in težišča. To lahko dosežemo le s točno postavitvijo težišča, da uravnotežimo moment krila in višinski stabilizator izgubi svojo vlogo.
Pri vzpostavljanju ravnotežja na tak način upoštevati tudi premik centra tlaka, zato se pogosto predlaga težišče na globini 33% srednje globine krila, kar daje dober položaj za najmanj obremenjen višinski stabilizator. Ta lega je dovolj varna, da je model v ravnotežju pri višji ali nižji hitrosti letenja.
Tipični rezultati vetrovnika iz leta 1925Tabela vetrovnika je primerna za konstruktorje in obsega mnoge ukrivljene profile. Vidimo, da je pri najvišjem vzgonskem koeficientu porušitveni kot centra tlaka na približno 33% globine profila. To je vedno tako. Pri močno ukrivljenih profilih se pri večjih vpadnih kotih lahko zgodi, da sta moment krila in aerodinamični center enakovredna proti centru tlaka na prvi tretjini globine krila. Starejše teorije to dovoljujejo za počasno letenje.
Pri drugačni hitrosti letenja se obremenitev višinskega stabilizatorja spremeni, in če ga želimo razbremeniti, moramo premakniti težišče. Pri višji hitrosti se center tlaka pomika nazaj in povečuje moment krila. Da razbremenimo višinski stabilizator, moramo težišče pomakniti nazaj.
Kot smo omenili že prej, višinski stabilizator, ki ne proizvaja vzgona ne ustvari končnih vrtincev in zato nima induciranega upora. Njegov prispevek k celotnemu uporu je tako minimalen, zato je takšna postavitev primerna za prosto leteče modele.
Pri višjih hitrostih postane upor veliko bolj pomemben. Da razbremenimo višinski stabilizator na modelu z ukrivljenim profilom krila, lahko težišče pomaknemo nazaj. Vendar pa razbremenimo višinski stabilizator le pri eni hitrosti, pri drugih mora ustvariti določeno silo in zato temu primerno ustvari tudi induciran upor. Da ostane višinski stabilizator neobremenjen pri različnih hitrostih, moramo spreminjati lego težišča. To je bilo izvedeno pri nekem pravem jadralnem letalu, ki je imelo v nosu in repu rezervoarje živega srebra. Pri višjem vzgonskem koeficientu, ko se je letalo vzpenjalo v termiki so črpali živo srebro v nos letala. Pri večjih hitrostih, ko postane upor višinskega stabilizatorja pomembnejši, pa so živo srebro črpali v rep.
Na žalost to zelo zmanjša stabilnost, pri modelih pa vemo, da postane komanda višine zelo občutljiva. Pri večjih hitrostih in nazaj pomaknjenem težišču postane letalo nevarno, saj že majhen odklon višinskega krmila ustvari močan moment. Zato imamo v takem primeru na prvem mestu varnost.
Obremenitev višinskega stabilizatorja je vedno povezan z ukrivljenostjo profila krila. Če ima krilo simetrični profil in težišče postavljeno v aerodinamični center krila, potem pri normalni hitrosti letenja višinski stabilizator ni obremenjen in se obnaša le kot stabilizator. Krilo z malo ukrivljenim profilom primerno za velike hitrosti ima tudi moment majhen, zato je tudi obremenitev višinskega stabilizatorja majhna vendar se nikoli ne izniči. Model z zakrilci, ki jih pri višji hitrosti dvigne in pri nižji spusti, doseže najmanjšo obremenitev višinskega stabilizatorja, zato je tak način v aerodinamičnem smislu najboljši.

Vzgon višinskega stabilizatorja
Na risbi je prikazana osnovna uporaba pri prostoletečih modelih. Težišče je postavljeno zelo nazaj, veliko več kot 33% srednje globine krila in moment se združi z vzgonom in težiščem. Zaradi postavitve težišča zelo nazaj, mora višinski stabilizator ustvariti dvižno silo. Takšna postavitev se najpogosteje uporablja pri prostoletečih modelih.Ravnotežje se ustvari tako, da višinski stabilizator nosi del bremena, zato ima značilno ukrivljen profil. Čeprav se taka postavitev pogosto uporablja pri takih modelih, nima prihranka upora na višinskem stabilizatorju saj proizvaja induciran upor. Vsako povečanje površine višinskega stabilizatorja odvzame enakovreden znesek nosilnosti krila, vendar je krilo še vedno bolj zmogljivo kot višinski stabilizator. Čeprav od prosto letečih modelih ne pričakujemo strmega spuščanja, jih v tak položaj lahko vrže sunek vetra. Moment krila se nagiba k strmemu spuščanju, zato se mora na višinskem stabilizatorju pojaviti sila, ki model postavi v ravnotežje. Pri neki hitrosti nastane na višinskem stabilizatorju sila navzdol. V določeni točki med normalnim letom in strmim spuščanjem se višinski stabilizator postavi v položaj, ko ne nosi bremena.

Ravnotežje brez višinskega stabilizatorja
Simetrični ali refleksni profil nima momenta zato ravnotežje lahko dosežemo brez stabilizatorja. Še vedno pa je problem pri stabilnosti.Risba prikazuje profil krila, ki nima momenta pri normalnih vpadnih kotih, zato je stabilen brez višinskega stabilizatorja. Tak profil je lahko simetričen, ki ne ustvarja momenta dokler se na njem ne poruši vzgon ali refleksni profil. Na drugi risbi je prikazana postavitev, ki premaga probleme stabilnosti.Leteče krilo ustvari ravnotežje in stabilnost s puščičastimi krili, ki so na konceh zvita.

Ravnotežje z naprej pomaknjenim težiščem
Risba prikazuje postavitev za običajen model, kjer je težišče postavljeno pred aerodinamični center. Krilo in višinski stabilizator ustvarjata dodaten induciran upor, vendar je velika stabilnost prednost te postavitve. Nekateri modeli makete z majhnim višinskim stabilizatorjem imajo probleme s stabilnostjo, zato jih ta postavitev težišča naredi stabilnejše.

Nosilnost višinskega stabilizatorja in lega krmila
Modelarji so pogosto zmedeni pri dejstvu, da višinski stabilizator ustvarja silo navzdol, krmilo pa je odklonjeno nekoliko navzdol, da model obdrži določeno lego. To je sorodno s stabilnostjo. Risba prikazuje višinski stabilizator brez obremenitve, ki je postavljen pod določenim kotom v toku navzdol za krilom. Kadar pilot žTežišče premikamo naprej pred aerodinamični center krila, zato je stabilnost zelo velika. Za minimalni upor profila na stabilizatorju mora biti ta negativno ukrivljen. Pri zelo naprej postavljenem težišču se na višinskem stabilizatorju lahko poruši vzgon.eli strimati model za hitro letenje, odkloni krmilo navzdol in s tem poruši ravnotežje, da model spusti nos. S spremembo vpadnega kota krila se zmanjša vzgonski koeficient, to pa zmanjša kot toka zraka za krilom navzdol proti višinskemu stabilizatorju. Zaradi tega se poveča vpadni kot višinskega stabilizatorja, ki ustvari večjo vzgonsko silo. Če je spust nosa modela sprožen z odklonom višinskega krmila ta manever ni hiter, saj združuje efekt krmila in zmanjšanje kota toka navzdol za krilom. Takšno gibanje se nadaljuje vse do strmoglavega leta. Zaradi tega moramo takoj, ko model doseže želeno lego poravnati višinsko krmilo in ohraniti novo ravnotežje. Če je model zelo stabilen, je še vedno potreben majhen odklon krmila, da obdržimo določeno silo.