Létající stroje od nepaměti neměly létat pouze rovně, po přímce nebo jí tvarem blízké křivce, když chtěly udržovat přibližně stálou výšku letu. Byly nuceny rovněž zatáčet, vpravo či vlevo. A jak toho mohly a mohou stále dosahovat a také co je toho příčinou, bude stručně popsáno v tomto příspěvku. Nebude to náhražka příslušné stati z učebnic létání. Pouze několik upozornění na to, co by neměli málo zkušení adepti skutečného či malého letectví (leteckého modelářství) ve vlastním zájmu opomíjet.

Jak to tedy asi probíhá, jestliže má létající stroj zatočit tak, aby ztratil co nejméně výšky, aby se pohyboval ještě bezpečně, aby respektoval účinky větrného počasí a  podobně. Je toho dost s čím je nutné se vypořádat a já mohu jedině slíbit, že se určitě na všechny možné letové situace nedostane. To by měli gramotně vysvětlit oficiální (profesionální) instruktoři nebo případně samozvaní „rádcové“ v leteckém modelářství (na ně ale mnohdy pozor).

Bude se jednat  o síly  a to zejména vztlak, odpor a sílu odstředivou, protože ty nám pro zjednodušené posouzení ustálených letů postačí. Jsou to všechno síly fyzikální, jimž je možné se s důvěrou svěřit, aniž by zklamaly či podváděly, pokud jsou poznány a respektuje se  jejich přítomnost a vliv.

V následujícím obrázku je zachyceno několik důležitých informací o zatáčení. Vlevo nahoře je výsek pohledu na zatáčkoměr a v něm na polohu kuličky upozorňující na soulad (nesoulad) náklonu – poloměru zatáčky – a rychlosti letu. To znají všichni piloti skutečných letadel. Vpravo nahoře je upozornění na to jaké násobky tíhy letounu, které působí na všechny jeho části a samozřejmě i na osádku, lze očekávat při různě velkých náklonech. A ten největší náčrt uprostřed se snaží poukázat na to jaký podíl vztlaku bývá ztracen při zatáčení. Pokud je možné udržet alespoň přibližně původní výšku letu, pak je nutné o tuto hodnotu zvýšit celkový vztlak, jestli to koncepce letounu a výkon jeho pohonné jednotky  umožňuje. Vždycky tomu tak není a vznikají tak  situace, které vedou skoro vždy ke značné ztrátě výšky. A to je zejména blízko zemského povrchu nežádoucí a nebezpečné.

Pro zajištění bezpečných a správných letových vlastností (nejenom výkonů) letounu je velmi důležité, aby  byly známy jeho parametry uvedené v horní části dalšího obrázku. Nejsou všechny, ale tyto lze pokládat za ty co patří mezi nejdůležitější. Ve spodní části  obrázku je upozornění na okolnost, jestliže není zachována správná vzájemná poloha nosné a vodorovné ocasní plochy. Stačí malá odchylka a letoun samovolně zatáčí,. což je nežádoucí.

A jak se tedy může zatáčet podle přání osádky letounu nebo provozovatele modelu letadla?!

Na takto položenou otázku existuje podobně „gramotná“ odpověď. Zatáčet se v podstatě může skoro všelijak, když to někdo umí. A kdo nebo co to umí nejlépe ve vzduchu? To jsou například ptáci. U nich také nacházeli inspiraci první pionýři letectví v 19. století, když si uvědomili, že v případě úspěchu budou muset během letu i zatočit. Všimli si, že ptáci nakrucují konce křídel a ti vnímavější také toho, že naklápějí i ocas do strany. Výsledkem pak bylo, zejména v počátcích letectví, nemalé množství létajících strojů, které měly konstrukce nosných ploch konstruovány tak, aby se jejich konce mohly nakrucovat. To ale bylo řešení trochu krkolomné. Takže koncem 19. století navrhl Francouz Mouillard řešení z něhož vzešla křidélka. To jest menší nesouhlasně se otáčející plochy na obou okrajích křídel. Pak to po něm převzali i Wrightové. A tak je to v podstatě dodnes a asi to ještě nějakou dobu potrvá.

Co se tedy stává, když se za letu vyklopí křidélka o nějaký úhel a to jedno nahoru a druhé dolů?! To se pokouší naznačit následující obrázek.

Je to docela jednoduché. Pochopeníchtivý čtenář nechť však sleduje pozorněji následující text.

Tímto zásahem, vychýlením křidélek, jsme dosáhli  toho, že se změnilo, před tím v přímém letu souměrné rozložení vztlaku na obou polovinách nosné plochy. Nyní je na pravé polovině, kde je křidélko vychýleno směrem nahoru, menší vztlak než na levé polovině, s křidélkem vychýleným dolů. Tady je vztlak větší. Rozdíl těchto vztlakových sil začne  naklánět stroj na pravou stranu. To je první účinek nesouhlasného vychýlení křidélek na obou polovinách nosné plochy.

Současně a možná o poznání dříve, a to je druhý obdobný účinek křidélek, vznikne na levé polovině s křidélkem vychýleným dolů, větší odpor něž na polovině druhé. Výsledkem je pak snaha stroje zatočit se podle své svislé osy na stranu levou. Za křidélkem vychýleným směrem dolů. A letět s vybočením. Což nechceme, protože to je na druhou stranu než kam chceme zatočit!!! Když  budou mít obě křidélka stejně velké výchylky nahoru i dolů, pak k tomu ale dojde vždy.

Výsledkem je pak za této situace následující pohyb stroje. Ten se nejprve krátce zatočí na stranu kde je křidélko vychýleno směrem dolů (působením rozdílných odporů na obou polovinách křídla) a letí s vybočením a pak se nakloní na stranu druhou (působení rozdílných vztlaků), na kterou skoro přepadne a začne zatáčet. To je pohyb nepěkný a nesprávný, protože je při něm ztracena zbytečná výška. To byl případ se stejně velkými výchylkami křidélek nahoru a dolů.

A co tedy s tím?!?

Řešeními jsou výrazně rozdílné velikosti nesouhlasně vychylovaných křidélek. A sice tak, že výchylky křidélek nahoru jsou alespoň dvojnásobně větší než výchylky křidélek směrem dolů (na téže nosné ploše). Obvykle jsou výchylky nahoru větší přibližně i třikrát než výchylky dolů. Čím větší je tento rozdíl výchylek, tím menší je vliv odporu a nedochází tolik k letu s vybočením. Zatím jsme ponechali stranou vliv SOP.

Rozdílné velikosti nesouhlasně vychylovaných křidélek na nosné ploše se říká diferenciace křidélek. A to je zachyceno v předchozím obrázku. Jsou zde také, vpravo dole, uvedeny hodnoty tři příkladů možných diferenciací křidélek.

Nyní je možné napovědět co při tom může zastat SOP a její směrové kormidlo neboli směrovka.

V dalším obrázku jsou schematicky zachyceny situace, kdy je pro zatáčení v činnosti již také SOP.  A to u skutečných letounů i jejich modelů. Jedná se o pohledy zezadu.

Nejjednodušší případ je ve spodní části obrázku. Zde je snaha stroje, který nemá křidélka, změnit směr letu pouze pomocí vychýlené směrovky na stranu kam má zatáčet. Tento způsob nelze dost dobře doporučit u strojů jejichž křídla nemají žádná vzepětí. U samokřídel jsou nějaké výjimky, které zde nebudeme pro jejich rozsah popisovat. Je vhodné, ba přímo nutné, dát do souladu velikost a tvar vzepětí křídla s velikostí, výchylkou a vůbec s celkovou mohutností SOP. Jinak dochází snadno nejen k zatočení, ale často i k přechodu do strmého sestupného letu, který není vždycky žádoucí. Pokud je mohutnost SOP nebo výchylka jejího kormidla nedostatečná, pak stroj se vzepětím zatočí až na velkém poloměru nebo se při velkém vzepětí začne kývat ze strany na stranu a zatáčet je velmi neochotný.

Ve střední části předchozího obrázku je situace, kdy jsou křidélka instalována  po většině nebo dokonce celém rozpětí a pak je nazýváme flaperony, protože mají dvojí funkci. Jednak jako křidélka a pak jako vztlakové, případně brzdící  klapky. V tomto případě je však velmi vhodné volit výchylky klapek dolů jen takové, aby při jejich další činnosti, coby křidélka, nedošlo k odtržení proudění od nosné plochy. To se například leteckým modelářům stává nezřídka. Nebo dojde k opačné jejich funkci!! A to je obvykle také katastrofální.

V horní části obrázku, úplně nahoře, jsou všechna kormidla v neutrálech a jedná se tedy o přímý let. Za bezvětří pak letí stroj po přímce. Ve větrném počasí je to jinak.

U zatáček, vlevo i vpravo, jsou již využita nejen křidélka. ale i směrovka.

V dalším obrázku je jejich společná činnost popsána přímo v něm.

V horní části, bez výchylek kormidel se jedná, jak již i prve podotknuto, o přímý let. Ať již vodorovný, sestupný nebo stoupavý.

Oba spodní náčrty zde ukazují společně s textem jak má například probíhat činnost křidélek a SOP. Proč je vychýlena nejprve směrovka jsme naznačili v textu předchozím. Jejím posláním je eliminovat účinek nesouměrného rozložení odporu podél rozpětí, jestliže se nesouhlasně vychýlí křidélka. Tím je omezena (případně zcela odstraněna) prve zmíněná počáteční snaha, letět po vychýlení křidélek s vybočením a ztrácet tak zbytečně výšku. Po dosažení potřebného náklonu vychýlením křidélek a počátku zatáčení se směrovka vrací do neutrálu. Pak se již obvykle ovládají jen křidélka a sice ne po celou dobu trvání zatáčky. Po nějaké době se vracejí do neutrálu a letoun pokračuje s náklonem  v zatáčení. Pak zase, kdy je již zatáčka před dokončením, se křidélka vychylují na opačnou stranu než při jejím započetím  a přivádějí letoun do horizontální polohy a tím i možnosti letu v přímém směru. A konečně se pak vracejí do neutrálu. Zatáčka je ukončena.

Protože se ne vždy podaří zvolit náklon odpovídající rychlosti letu a poloměru zatáčky, využívají ti zkušenější ještě výškové kormidlo, které při náklonu v zatáčce přebírá zčásti funkci směrovky. Tak je možné celý průběh zatáčení korigovat, zejména ve větrném počasí. K tomu je však zapotřebí nezbytné praxe.

A nakonec ještě upozornění na to oč se jedná jestliže náklon není v zatáčce v rovnováze s výslednicí tíhy stroje a odstředivé síly, která na něj během zatáčení působí. Pro mnohé letecké modeláře, ale i piloty skutečných letadel ve výcviku je překvapením, že se vztlak jejich stroje musí podělit při zatáčení nejen s tíhou, ale i s odstředivou silou.

A tak, jestliže není k dispozici možnost zvětšit vztlak – buď zvýšením rychlosti letu nebo zvětšením úhlu náběhu nosné plochy, letoun začne v zatáčce klesat, protože část vztlaku připadá na udržení nové rovnováhy sil, do níž nyní zasáhla ještě odstředivá síla. Takže se snadno může stát, že se nepodaří vytvořit správný náklon potřebný k zatočení na zvoleném poloměru a při dané rychlosti letu. Nebo je vztlaku dostatek, například při větší rychlosti a malém náklonu a tyto dva vlivy zase překonají působení odstředivé síly víc než je záhodno.

Když je náklon příliš velký  pak výslednice tíhy a odstředivé síly (zde označená jako R) způsobí zvětšené klesání. To může nejen osádku letounu, ale i leteckého modeláře značně znervóznit a udělá tu chybu na kterou ztroskotalo nesčíslně létajících strojů. Ve snaze zvýšit vztlak zvětší úhel náběhu nad únosnou mez než jakým disponuje nosná plocha a tím ještě zvýší její celkový odpor, který není schopna pohonná jednotka překonat a stroj začne padat. Nikoliv letět, ale padat!!! Když k tomu dojde nízko nad Zemí, je to obvykle poslední chyba, jíž se osádka dopustila. K další již nedostane příležitost. Nebo se model letadla  pak roztříští v mnoha kusech na zemském povrchu a jeho provozovateli zbude v ruce jen vysílač nebo nic, když to byl volně létající model. Byla to tak zvaná skluzová zatáčka, většinou toho stroje poslední.

Nebo je naopak náklon vůči poloměru zatáčky a rychlosti letu příliš malý, což je trochu méně nebezpečnější než v předchozím případě a stroj začne „vyklouzávat“ ze zatáčky na jinou větší vzdálenost od pomyslného středu točení. To jsou tak zvané výkluzové zatáčky. Tento let se zatáčení ani příliš nepodobá a jedná se skoro vždy o let s vybočením, což s sebou přináší zbytečnou ztrátu výšky.

Oba tyto případy jsou špatné a dopouští se jich značný počet pilotů i leteckých modelářů. Potřebná míra cviku je nezbytná a lze jí dosáhnout pouze neustálým létáním. A to v různých povětrnostních podmínkách. Kdy zejména boční vítr nadělá značnou paseku v rovnováze letu. Simulátory, na příklad, jsou sice věc prospěšná, ale skutečnou situaci jen suplující.

Tak a jak teď skončit, aby to mělo nějaký přínos pro ty, kdo se uvolili dočíst to až sem, v dobré víře, že se dozvědí něco potřebného???

Zkusme to třeba následovně:

1. K zatáčení u létajícího stroje s pevným křídlem dojde vždy, když nejsou všechny jeho důležité součásti hmotově a tvarově  souměrně uspořádány vůči sobě a  jeho hlavním osám. Uvedl jsem již případ s „křivě“ instalovanou VOP vůči křídlu. Pak bývají příčinou nechtěného zatáčení  nestejné hmotnosti obou polovin křídla, jedna je těžší než druhá. Také jejich nesymetrické zkroucení podél rozpětí je velmi intenzivní příčinou zatáčení. Dalším důvodem může být vrtulový proud, který nesouměrně zasahuje nosnou i ocasní plochy. Jindy je to nestejná velikost a tvar vzepětí polovin křídla. Pak to někdy bývá i stranové vyosení pohonné jednotky a podobně.

Někdy jsou to příčiny chtěné, jindy zase náhodné a jejich odstranění není vždy jednoduché.

2. Nejjednodušším způsobem jak zatáčet je používat pouze směrové kormidlo s výchylkami na obě strany. Jeho výchylka může být trvalá, stavitelná na Zemi nebo může být proměnná, ovládaná dálkově. Musím hned ale připomenout, že je bytostně důležité jak velká je mohutnost SOP, velikost a výchylky směrovky a velikost a tvar vzepětí křídla. Takto je možné zatáčet přiměřeně efektivně, ne však nejlépe. Tento způsob se dnes již u skutečných letadel asi nepoužívá.

3. Nejvhodnějším způsobem je však zatáčení pomocí SOP a křidélek, když opomeneme nakrucování konců polovin křídla(křídel) jak to používají ptáci, netopýři a možná i hmyz. O tom pojednával předchozí text.

4. Pak by mohly ještě přicházet v úvahu jakési spoilery umístěné v křídle, které vysouváním z jeho obrysu nesouměrně zvyšují odpor jeho částí a tak přimějí stroj zatáčet. K tomu je však vhodné znát původ a smysl tohoto počínání.

5. Pak, ale to se již  nedá vždycky spolehlivě dokázat, i když příklady existují, že profily použité v křídle nejsou v jeho obou polovinách totožné. Prostě jsou v některých částech jiné a to především vinou nekvalitní stavby. To se netýká jen modelů letadel.

6. A jsou určitě ještě i jiné příčiny a důvody na něž jsem si teď nevzpomněl.

Ale jednu  z velmi častých příčin znesnadňujících přímý let hlavně u modelů letadel, a možná nejen u nich, je nedostatečně a rozdílně vyvinuté proudění na křídle.  Týká se to především menších a středních velikostí modelů. Důkaz  je velice snadný. Stačí umístit na část jen jedné poloviny křídla vhodný turbulátor. Když píši vhodný turbulátor, mám tím na mysli jeho správnou šířku , tloušťku a polohu na horní nebo spodní straně křídla. Takto upravený stroj začne ihned zatáčet na stranu, kde turbulátor není. Na ní je totiž větší odpor než na polovině druhé. To lze spolehlivě pozorovat i při Reynoldsových číslech až do hodnot kolem 300 000. Pozoroval  jsem  a všelijak to upravoval, mnohokrát. Je vhodné o tom něco málo vědět a vcítit se do pohybu stroje ve vzduchu. O tom jsem již ale psal vícekrát.

Dovolím si nyní skončit tuto velmi stručnou poznámku o zatáčení létajících strojů s pevnými křídly všelikých velikostí, vědom si toho, že by mohlo být napsáno i více.

17. 9. 2013 © Jaroslav Lněnička