Všechno souvisí se vším - v aerodynamice to platí možná více, než v jiných oblastech. Přesvědčí vás o tom i druhý díl volného seriálu, tentokrát například o vlivu velikosti modelu na jeho letové vlastnosti či o nastavení křídel víceplošníků.

Při vývoji jednoho dvoumotorového letadla se objevily potíže s pádovými vlastnostmi. Letoun byl schopen provést vzorný pád se sklopením přídě při minimálním příčném náklonu, aby vzápětí předvedl pád, jehož charakteristika byla pro daný typ letounu naprosto nepřípustná. Vzhledem k tomu, že chyba nebyla na straně pilotů, byla postupně vyzkoušena řada úprav, jejichž cílem bylo toto chování odstranit. Zkoušely se odtrhové lišty, viřiče, turbulátory - vše v mnoha variantách a vše s nulovým výsledkem. Letoun se při pádech choval stále naprosto nahodile. Situace byla natolik zoufalá, že se dokonce uvažovalo o nutnosti rekonstrukce křídla - což vzhledem ke skutečnosti, že již byly dokončeny výrobní přípravky pro sériovou výrobu, o mnohém napovídá. Skutečná příčina potíží však byla zcela jinde. Pády se prováděly při volnoběžném režimu motorů, kdy klesal tlak v hydraulické soustavě ovládání úhlu nastavení listů vrtulí. Konstrukční řešení ovládání a regulace umožňovalo při nižších tlacích skokové změny úhlu nastavení listů vrtulí působením vnějších sil na vrtulové listy při přechodu letounu do pádu. Tyto skokové změny byly v řádu stupňů, nahodilé a pochopitelně u každé vrtule jiné. Takto vznikající reakční síly a momenty nebylo možné kompenzovat žádnými aerodynamickými změnami na draku letounu. Tento příběh je klasickou ukázkou toho, že někdy je mnohem složitější odhalit skutečnou příčinu problému, než jeho samotné odstranění.

Podobných příběhů lze v i modelářské praxi najít nespočet. U většiny z nich hraje významnou roli Reynoldsovo číslo. Je až s podivem, kolik modelářů je schopno jeho význam nerespektovat a pouští se do předem prohraného boje s fyzikálními zákony. Tady opravdu nezbývá nic jiného, než si o Re něco přečíst a udělat si jasno alespoň v základních věcech - například, že pokud chceme pracovat s běžně dostupnými daty a teoriemi, musí se náš výtvor pohybovat v nadkritické oblasti Re. Jinak nás čekají zpravidla nepříjemná překvapení - několik příkladů následuje.

Pokud máte rádi makety moderních větroňů a stavíte je spíše menší, budou Vaším největším nepřítelem konce křídel a někdy nejen konce. Díky malé hloubce křídla zapomeňte na maketové profily - ty se pohybují v blízkosti kritických Re i u některých skutečných větroňů. Při jednoduchém kontrolním výpočtu zjistíte, že max. tloušťka, kterou si můžete na koncích dovolit, se pohybuje okolo 6%, což může být potíž z konstrukčního hlediska. Pokud ji však nedodržíte, model se Vám patřičně "odmění". Létat bude ochotný pouze na mnohem vyšších rychlostech, než jste čekali, a nad každým pokusem o zpomalení letu bude viset hrozba pádu, což platí i pro přistání. Překvapivě se tento problém může týkat i větroňů větších, proto by ani tady neměl kontrolní výpočet Re chybět. Situace se dá někdy zachránit použitím turbulátorů. Na vyzkoušení stačí přilepit samolepicí páskou silonový vlasec. Pokud to funguje, je možné vlasec nahradit - především na kompozitovém křídle - vyvrtáním řady průchozích otvorů, které nejsou tak viditelné. Pokud někdo na turbulátory nevěří a je dostatečně odvážný, může na polovinách křídel vyzkoušet rozdílnou délku turbulátorů nebo turbulátor použít jen na jedné polovině křídla.

Křídla mnoha modelů jsou vybavena mechanizací stejně jako jejich předlohy. Tady lze narazit na potíže především u štěrbinových vztlakových klapek - výklopných i výsuvných (Fowlerových). Trajektorie vysouvání u skutečných letadel je většinou optimalizována z hlediska požadavků pro jednotlivé režimy jejich použití, především při startu a přistání. Pro danou výchylku klapky zpravidla existuje určitá oblast, ve které je možné s klapkou pohybovat, aniž by se dramaticky měnily hodnoty vztlaku, odporu i klopivého momentu. Výběr konkrétní polohy je potom dán možnostmi použitého vysouvacího mechanizmu. Aerodynamické veličiny jsou však velice citlivé na velikost štěrbiny mezi odtokovou částí pevné části křídla a povrchem klapky. A tady opět můžeme mít potíže s Re. Veškeré výpočty a měření sloužící k optimalizaci trajektorie klapky na skutečném letadle se provádějí při odpovídajícím Re. Na modelu však bude skutečné Re výrazně nižší a proto se i klapka může chovat zcela jinak, než na předloze - pokud zachováte stejnou trajektorii vysouvání. Zatímco na skutečném letounu může vhodně zvolená štěrbina zvýšit místní rychlost a "ochránit" tak proudění na klapce od předčasného odtržení, u modelu může "měřítková" štěrbina fungovat odlišně - v krajním případě se i částečně aerodynamicky "ucpat" se všemi negativními důsledky na obtékání klapky. Vše je navíc negativně ovlivněno i velikostí modelové klapky, která sama o sobě směřuje obtékání většinou do podkritické oblasti proudění. Nosné plochy modelů nejsou zpravidla tak zatížené jako u skutečných letadel, takže pokud by došlo jen ke snížení vztlaku nižší účinností klapky, nebyl by to až takový problém. Horší je, že špatné obtékání klapky může zpětně ovlivnit i obtékání na pevné části křídla a způsobit předčasné odtrhávání proudění. A to už můžete poznat nejen na ztrátě vztlaku, ale i na zhoršených letových vlastnostech. Takže pokud se Vám zdá, že model na klapkách letí o poznání hůře než bez nich, máte dvě možnosti. Buď se s tím smířit a klapky používat jen omezeně, nebo začít "ladit". Prvním krokem správným směrem bývá zpravidla zvětšení štěrbiny mezi klapkou a pevnou částí křídla.

Správné nastavení křídel víceplošníku stále považuje značná část modelářů za věc náhody a zdánlivé rozpory mezi teorií a některými praktickými poznatky dávají tomuto přístupu za pravdu. Při troše trpělivosti lze ale i v této oblasti dojít k zajímavým zjištěním a tyto rozpory většinou vysvětlit. Prvním krokem je určení, co jsou to správně nastavená křídla. Předpokládejme, že víceplošný model se správně nastavenými křídly dosahuje maximální možné hodnoty aerodynamické jemnosti (poměru vztlaku a odporu), ta však bude nižší než u odpovídajího jednoplošného modelu. Dále bude mít přiměřené letové vlastnosti (především podélnou stabilitu) a pádové vlastnosti - opět zhruba odpovídající jednoplošnému modelu. Druhým krokem je "strávení" principu vírové teorie obtékání profilu křídla. Představa, že vztlak na profilu vzniká tím, že nad profilem proudí vzduch rychleji (vzniká podtlak), kdežto pod profilem pomaleji (vzniká přetlak), je všeobecně přijatelná. Pokud si dovedete představit, že kolem profilu krouží vír, který proudění nahoře urychluje a dole naopak zpomaluje, a tak vzniká stav popsaný v předchozí větě, je vyhráno. Studiem odborných textů lze pochopitelně získat podrobnější informace, ale pro naše další úvahy tento velmi zjednodušený popis dostačuje. Jen je potřeba jej doplnit o několik údajů - vliv víru, kterému se říká cirkulace, se nejintenzivněji projevuje na povrchu profilu a s rostoucí vzdáleností od profilu klesá. Intenzita víru (velikost cirkulace) je přímo úměrná vztlaku na profilu. Na začátku budeme uvažovat o víceplošnících s nekonečným rozpětím - tedy obtékání více profilů. Konečné rozpětí křídla zahrneme do úvah později.

Cirkulace okolo profilu působí nejen na profil samotný, ale i na okolní proudění. Mimo zrychlování proudění nad profilem a zpomalováním pod profilem ovlivňuje i směr proudění. Před profilem proudění zvedá, za profilem naopak sráží dolů. Pokud tedy k jednomu profilu přidáme další - při uvažování nejběžnějšího uspořádání dvouplošníků bude druhý profil před a nad prvním profilem - bude spodní profil proud vzduchu nabíhající na horní profil působením víru zvedat a urychlovat. Ten bude obtékán pod větším úhlem náběhu a vyšší rychlostí než spodní a bude na něm tedy i vyšší vztlak (vyšší hodnota cirkulace). Působení profilů je však vzájemné. Takže horní profil srážením proudění dolů naopak snižuje úhel náběhu spodního profilu a spolu se snižováním rychlosti obtékání i jeho vztlak (cirkulaci). Mají-li oba profily stejný úhel geometrického nastavení, je na horním profilu vyšší vztlak než na spodním. Pokud mají mít oba profily stejný vztlak, což je cesta ke zvýšení aerodynamické jemnosti, je nutné buď zvýšit geometrické nastavení spodního profilu nebo naopak snížit nastavení profilu horního. Bude-li profilů více, princip ovlivňování zůstane zachován.

Vše doposud popsané ale platí pro nadkritické obtékání. Nyní si zkusíme vysvětlit, co se může stát, když se dostaneme do oblasti blízké kritickému Re. Pokud se někdo domnívá, že je to problém pouze malých modelů, může se mýlit. I větší model, pokud má nevhodný a hlavně tlustý profil, a díky nízkému plošnému zatížení létá pomalu, se může do dané oblasti dostat jednodušeji, než se na první pohled zdá. Začněme s víceplošníkem, který letí v podkritické oblasti Re - všechny plochy mají nízký vztlak a velký odpor - charakteristické projevy pro danou oblast. V praxi model - spíše pluh na vzduch - zachrání pouze silný pohon, mnohem výkonnější, než by odpovídal hmotnosti a geometrickým charakteristikám modelu. I za těchto podmínek ale dochází ke vzájemnému ovlivňování profilů. Uvažujeme-li opět klasické uspořádání víceplošníku a stejné geometrické úhly nastavení všech ploch, může u horního profilu vlivem většího úhlu náběhu a zvýšené rychlosti obtékání (způsobeného působením spodních profilů) nastat "přeskočení" do nadkritického obtékání - skokově vzroste vztlak a klesne odpor. Tato změna zpětně "srazí" spodní profily ještě výrazněji do podkritické oblasti. Model se přitom chová subjektivně lépe - dokáže letět pomaleji, je stabilnější a není potřeba jej tolik tlačit a má najednou dostatek výkonu. Z aerodynamického hlediska se ale z víceplošníku stává model s jedním (horním) fukčním křídlem pracujícím v nadkritické oblasti a jednou či několika vzdušnými brzdami tvořenými spodními plochami. Důvodem zlepšení chování modelu je to, že alespoň jedna nosná plocha funguje tak, jak má.

Tohoto stavu lze ale dosáhnout i tak, že u víceplošníku, který by se pohyboval v podkritické oblasti, bude úhel nastavení horní plochy větší než u ploch spodních. Horní plocha může potom být obtékána nadkriticky, kdežto spodní podkriticky. Takto seřízený model se ve zdánlivém rozporu s teorií chová lépe, než kdyby byl seřízený podle ní. Ale to pravdu není chybou teorie, nýbrž nedodržením základních podmínek, ze kterých teorie vychází. Setkal jsem se i s názorem, že větší úhel nastavení na horní nosné ploše zajistí, že právě na ní dojde k odtržení proudění a model má potom dobré pádové vlastnosti. Problém může být v tom, že do normálního pádu se model dostává pomalu a nárůst odporu a pokles vztlaku na horním křídle - když spodní křídlo ještě "funguje" normálně - může působit potíže s řiditelností a stabilitou. Pokud toužíte po ostřejších obratech, může být takovéto seřízení přínosem - ale to už jsme mimo podmínky stanovené na začátku.

Jsou-li všechny nosné plochy totožné nebo velmi podobné, dají se předchozí úvahy o profilech vcelku spolehlivě aplikovat i na křídla konečných rozměrů. Budou-li mít spodní plochy výrazně menší hloubku nebo rozpětí než spodní, musí být rozdíly v nastavení ploch větší. Významný vliv budou mít i rozdílné profily na jednotlivých plochách - je dobré zkontrolovat jejich kritické Re a popřemýšlet nad důsledky jejich použití. Vzhledem k velkému množství možností je prakticky nemožné stanovit univerzální hodnoty pro seřízení víceplošníků. Při respektování předchozích úvah je však značná šance, že i když ideálních hodnot napoprvé asi nedosáhnete, budete se alespoň pohybovat ve správné oblasti. Můžete začít i pohledem na výkresy úspěšných letadel - jak skutečných, tak modelů.

V aerodynamice je hodně věcí vzájemně provázáno. Může se tedy stát, že ne zrovna ideální letové vlastnosti víceplošníku způsobené nevhodným nastavení křídel lze napravit něčím jiným - například posunutím těžiště dopředu. Ale takové řešení zpravidla vede k tomu, že model nedosahuje výkonů, kterých by dosahovat mohl. Je pravdou, že u většiny modelů není celková efektivnost tím nejdůležitějším parametrem. Podle mého názoru by se o co nejlepší naladění modelu měl alespoň snažit každý modelář hodný toho jména. Protože existuje jen poměrně málo jednoznačných vazeb, "tvůrčího" prostoru je více než dost.

Reynoldsovo číslo do značné míry předurčuje, jaký druh radostí se svým modelem zažijete. Pokud nemáte jistotu, že bude zajištěno nadkritické obtékání, nemá smysl vybírat vhodný profil podle tisícin součinitelů vztlaku nebo odporu. A když už budete nějaký profil vybírat, mějte vždy na paměti, že existují nějaké fyzikální hranice, čeho lze dosáhnout - nějaká obálka, uvnitř které se budete při výběru pohybovat. Pokud tedy bude profil v nějaké charakteristice vynikat nad ostatními, je takřka jisté, že v nějaké jiné charakteristice bude zase zaostávat - a těch charakteristik je víc, než ty tři nejznámější. Čím více se bude profil k pomyslné obálce blížit, tím optimálněji je pro dané použití naladěn, ale současně bude mnohem citlivější na jakékoliv odchylky od předpokládaného stavu. Nelze mít zkrátka všechno najednou.

Na křídlo jednoho letounu byly vybrány profily z řady NACA, která se vyznačuje poměrně vysokým maximálním součinitelem vztlaku. Určitým nedostatkem je však průběh odtrhávání při vysokých úhlech náběhu - ukázal se být pro dané určení letounu nepřijatelně rychlý. Nevhodné pádové vlastnosti neodstranily ani sloty. Nakonec se řešení našlo - vztlakové klapky zůstávají i v "zavřené" poloze několik stupňů povysunuté. Až budete na letišti, podívejte se na něj - určitě ho poznáte…