Η ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΠΤΗΣΗΣ ΤΩΝ ΑΕΡΟΠΛΑΝΩΝ RC

Θεωρία πτήσης :
Βασικά

Στα περισσότερα βιβλία για αεροπλάνα η θεωρητική επεξήγηση του τρόπου με τον οποίο πετούν τα πραγματικά (full size) αεροπλάνα έχει περίπου ως εξής:
Τα φτερά των αεροπλάνων είναι έτσι φτιαγμένα ώστε ο αέρας που περνά από την πάνω επιφάνεια τους να έχει μεγαλύτερη ταχύτητα από τον αέρα που περνά από την κάτω επιφάνεια των φτερών. Ο αέρας που κινείται γρηγορότερα ασκεί λιγότερη πίεση στο φτερό, ενώ..
ο αέρας που κινείται πιο αργά ασκεί μεγαλύτερη πίεση. Έτσι τα φτερά δέχονται συνολική δύναμη προς τα πάνω,η οποία και κρατά το αεροπλάνο στον αέρα. Ο ρόλος της μηχανής είναι να εξασφαλίζει ότι υπάρχει πάντα ροή αέρα στα φτερά (με το να δίνει ταχύτητα στο αεροπλάνο) ώστε να υπάρχει και η παραπάνω ανυψωτική δύναμη.
Ένας άλλος δρόμος επεξήγησης της πτήσης, που εισάγει κάποιες πιο χρήσιμες έννοιες,αναλύει το φαινόμενο χωρίς την χρήση της πίεσης αλλά μόνο των δυνάμεων που εμπλέκονται.Πολύ απλοϊκά συμβαίνουν τα εξής: κατά την κίνηση των αεροπλάνων στο χώρο τα φτερά τους συνήθως συναντούν τον αέρα υπό μία μικρή γωνία που λέγεται γωνία προσβολής (angle of attack) οπότε και πάνω τους ασκείται μία δύναμη πού αναλύεται σε μία κάθετη προς τα πάνω συνιστώσα (αντίθετη του βάρους του αεροπλάνου-lift) και μία οριζόντια που έχει φορά αντίθετη της κίνησης/ταχύτητας του αεροπλάνου (οπισθέλκουσα/drag). Όλοι οι τρόποι επεξήγησης βέβαια είναι ισοδύναμοι.
Είναι γεγονός πως τα μοντέλα αεροπλάνων πετούν ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως και τα πραγματικά αφού ουσιαστικά είναι πραγματικά αεροσκάφη υπό κλίμακα. Εδώ όμως τελειώνουν και οι ομοιότητες...περισσότερα παρακάτω.

Πιο ειδικά

Ξέρουμε λοιπόν το πώς καταφέρνουν και παραμένουν στον αέρα τα αεροπλάνα. Πόσο βοηθά αυτό στον αερομοντελισμό; Μάλλον καθόλου Υπάρχουν πολλά πράγματα που είναι περισσότερο σημαντικά... είναι ενδεικτικό πως συνήθως οι πιλότοι πραγματικών αεροπλάνων κάνουν το λάθος να πιστέψουν πως δεν θα είναι τίποτα γι'αυτούς να πετάξουν ένα μοντέλο. Απογειώνονται κανονικά, παίρνουν ύψος κανονικότατα και κάνουν την πρώτη στροφή... μετά το αεροπλάνο πέφτει(!) Τα πράγματα είναι εντελώς διαφορετικά όταν πετά κανείς το μοντέλο έξω από το ίδιο το μοντέλο, ειδικά όταν αυτό έρχεται ίσια καταπάνω στον χειριστή του (όλοι οι χειρισμοί γίνονται ανάποδα).

Τα φτερά του αεροπλάνου διαθέτουν κινητές επιφάνειες με τις οποίες και αλλάζουν/επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο κινούνται μέσα στον αέρα. Στο παρακάτω σχήμα διακρίνονται οι επιφάνειες αυτές σε ένα κλασσικής σχεδίασης αεροπλάνο.



Πάνω στο κεντρικό φτερό βρίσκονται δύο τέτοιες επιφάνειες που κινούνται πάντα αντίθετα η μία σε σχέση με την άλλη και ονομάζονται aileron. Είναι δε υπέυθυνες για την κλίση του αεροπλάνου γύρω από τον οριζόντιο άξονα που διαπερνά την άτρακτο. Στα σχήματα φαίνεταιη κίνηση του αεροπλάνου ανάλογα με την κίνηση των aileron και την ανάλογη κίνηση που κάνει ο χεριστής στην τηλεκατεύθυνση.



Η ουρά του αεροπλάνου αποτελείται από δύο μέρη, το οριζόντιο και κάθετο σταθερό.Κάθε μία από αυτές τις επιφάνειες διαθέτει κινητά μέρη που λέγονται αντίστοιχα elevator και rudder. Η κίνηση του elevator (όπως άλλωστε δηλώνει και το όνομα του) καθορίζει την ανύψωση ή την πτώση της μύτης του αεροπλάνου σε σχέση με τον ορίζοντα (αλλάζει δηλ. η γωνία προσβολής). Έτσι δεν μεταβάλλεται αναγκαστικά το ύψος της πτήσης γιατί αυτό εξαρτάται και από την ώθηση του κινητήρα (περισσότερα παρακάτω).



Το rudder μεταβάλλει την διεύθυνση κατά την οποία πετά το αεροπλάνο. Τα παρακάτω σχήματα δείχνουν ακριβώς την σχέση rudder-στροφής καθώς και την κίνηση στην τηλεκατεύθυνση.



Ο μόνος χειρισμός που απομένει είναι η κίνηση του αριστερού μοχλού πάνω-κάτω η οποία ελέγχει τις στροφές της μηχανής.

Προσοχή! Ειναι προφανές πως οποιαδήποτε κίνηση ελέγχου μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να "υπακούει" σε οποιοδήποτε από τα joysticks της τηλεκατεύθυνσης. Το παραπάνω setup είναι μία από τις επιλογές που υπάρχουν (γνωστές σαν Mode1, Mode2 κτλ.) και συνηθίζεται στην Ευρώπη και σε άλλα μέρη του κόσμου. Ετσι γίνεται δυνατή η συνεννόηση μεταξύ των μοντελιστών.

αλλαγή ύψους και τι είναι το stall

Λίγο πιο πάνω έγινε αναφορά στην αδυναμία ελέγχου του ύψους πτήσης μόνο με το elevator.
Αυτό αρχικά δεν είναι τόσο εμφανές όμως ισχύει. Δεν αρκεί να δωθεί αρχική κλίση προς τα πάνω στο αεροπλάνο για να κινηθεί ψηλότερα και αυτό γιατί πρέπει πάντα να διασφαλίζεται η ροή του αέρα στα φτερά που παρέχει και την δύναμη άντωσης. Με άλλα λόγια όταν αυξάνεται η γωνία προσβολής αυξάνεται βέβαια η άντωση όμως παράλληλα αυξάνεται και η οπισθέλκουσα (drag), με αποτέλεσμα να πρέπει να διασφαλιστεί ότι θα υπάρχει μία δύναμη που θα "υπερνικά" την αυξημένη οπισθέλκουσα. Η δύναμη αυτή παρέχεται μέσω της μηχανής. Από αυτή την άποψη είναι γεγονός πως το υψόμετρο θα μπορούσε να ελεγχθεί και από την μηχανή και μόνο. Αυξάνοντας την ώθηση που δίνειη μηχανή στο αεροπλάνο -μέσω του έλικα..ή της τουρμπίνας(!)- δεν αυξάνεται μόνο η ταχύτητα του αλλά και η άνωση με αποτέλεσμα να αυξάνει και το υψόμετρο. Στην πραγματικότητα πρέπει να γίνει συνδιασμός και της κίνησης του elevator και της αύξησης της ώθησης από την μηχανή.
Αν χρησιμοποιηθεί μόνο το elevator για την κίνηση του αεροπλάνου προς τα πάνω, τότε κάνει την εμφάνιση του το δυσάρεστο φαινόμενο της απώλειας στήριξης (stall). Αρχικά το αεροπλάνο παίρνει ύψος δίνοντας την κινητική του ενέργεια για χάρη της δυναμικής ενέργειας που αυξάνει, όμως αφού η κινητική ενέργεια δεν διατηρείται με την βοήθεια του κινητήρα, κάποια στιγμή φτάνει υπερβολικά κοντά στο μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι η ροή του αέρα στα φτερά έχει μειωθεί τόσο πολύ ώστε να μην μπορεί να παραμείνει το αεροσκάφος στον αέρα. Το αεροπλάνο τότε αρχίζει να χάνει ραγδαία ύψος μέχρι είτε να ξαναποκτήσει την απαραίτητη ταχύτητα, είτε να συναντήσει... το έδαφος.
Η προσέγγιση του φαινομένου όχι με ενεργειακή ανάλυση αλλά με ανάλυση των υφιστάμενων δυνάμεων είναι πολύ εύκολη και δίνει ίσως μια πιο παραστατική/λογική εικόνα του. Απο άποψη δυνάμεων, λοιπόν,αφού αυξηθεί η γωνία προσβολής αυξάνεται η άντωση (lift) αλλά και η οπισθέλκουσα (drag). Στον οριζόντιο άξονα αν η οπισθέλκουσα δεν είναι αρκετά μικρότερη από την ώθηση της μηχανής ή -ακόμα χειρότερα- αν είναι μεγαλύτερη σε μέτρο τότε μέσα σε κάποιο ορισμένο χρονικό διάστημα θα μειωθεί πολύ η ταχύτητα του αεροπλάνου (κάνει πλέον επιβραδυνόμενη κίνηση). Μέσα σ'αυτό το χρονικό διάστημα το αεροσκάφος παίρνει κάποιο ύψος λόγω της αυξημένης άντωσης. Η κλίση του επίσης αλλάζει αφού το αεροσκάφος κινείται πλέον ανοδικά πράγμα που προσθέτει και μία συνιστώσα του βάρους του αεροπλάνου να αντιστέκεται στην προώθητική δύναμη της μηχανής. Όταν η ταχύτητα πέσει κάτω από κάποια οριακή τιμή (stall speed)θα συμβεί η ραγδαία πτώση που αναφέρθηκε πιο πάνω.
Πολλές φορές η απώλεια στήριξης συμβαίνει χωρίς απαραίτητα να έχει γίνει κάποιος λάθος χειρισμός, π.χ. όταν ο κινητήρας δεν έχει άλλα περιθώρια ισχύος.



Στροφή -αλλαγή κατεύθυνσης

Ο τρόπος με τον οποίο στρίβει ένα μοντέλο αεροπλάνο (και κάθε αεροπλάνο γενικά) είναι αρκετά απλός.αν δωθεί στο αεροπλάνο (δηλαδή στα φτερά του αεροπλάνου-αφού αυτά κάνουν όλη τη δουλειά άλλωστε) μία κλίση με τα ailerons τότε μέρος της άντωσης των φτερών θα ασκείται πλέον πλάγια. Έτσι, με τη βοήθεια της πλάγιας συνιστώσας της άντωσης το αεροπλάνο στρίβει. Δεν τελειώσαμε όμως εδώ. Αφού πλέον ένα μέρος της άντωσης στρίβει το αεροπλάνο εννοείται ότι η άντωση που μένει στον κατακόρυφο άξονα δεν είναι επαρκήςγια να κρατήσει στο ίδιο ύψος το σκάφος, γι'αυτό και χρησιμοποιείται το elevator για να "κρατήσει" το αεροπλάνο στο ίδιο ύψος. Φαινόμενα απώλειας στήριξης δεν εμφανίζονται αφού η ταχύτητα του μοντέλου είναι συνήθως επαρκής και η κλίση που έχουμε δώσει στα φτερά είναι μικρή (μια τιμή π.χ. 30 μοιρών είναι φυσιολογική).
Για να στρίψει λοιπόν το μοντέλο αρκεί ο χειριστής να δώσει μία κλίση στα φτερά προς την διεύθυνση που θέλει να στρίψει και να κρατήσει ελάχιστα προς τα κάτω το δεξιό stick για να κρατήσει την πτήση στο ίδιο επίπεδο.
Η στροφή του μοντέλου μπορεί επίσης να επιτευχθεί και με τη χρήση του κάθετου σταθερού (rudder) όμως ο τρόπος με τον οποίο γίνεται αυτό θα μελετηθεί με την ευκαιρία της μελέτης της σχεδίασης ενός μοντέλου στη σελίδα "σκάφος και κατασκευή", link της οποίας υπάρχει στο διπλάνο πλαίσιο.
Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι όλα τα παραπάνω δεν σημαίνουν ότι ένας αρχάριος μοντελιστής θα πρέπει να κάνει τα πάντα τέλεια, για να τελειοποιήσει κανείς την πτήση χρειάζεται εξάσκηση και χρόνος.

ΠΗΓΗ:  egnatia.ee.auth.gr