Dlaczego środek ciężkości jest kluczowy
Środek ciężkości (CG, ang. Center of Gravity) to punkt, w którym model zachowuje się tak, jakby cała jego masa była skupiona w jednym miejscu. Poprawne ustawienie CG decyduje o stateczności podłużnej, czyli zdolności modelu do samodzielnego powrotu do lotu prostoliniowego po zaburzeniu.
Jeśli CG jest za daleko z przodu, model będzie silnie pikował, tracił wysokość i wymagał dużego wychylenia steru wysokości do utrzymania poziomu. Jeśli CG jest za daleko z tyłu, model staje się niestabilny podłużnie. Nawet niewielkie zaburzenie powoduje narastające oscylacje lub niekontrolowane wznoszenie zakończone przeciągnięciem (stallem).
Średnia cięciwa aerodynamiczna (MAC)
Położenie CG określa się względem średniej cięciwy aerodynamicznej (MAC, Mean Aerodynamic Chord). MAC to umowna cięciwa skrzydła, która reprezentuje jego właściwości aerodynamiczne niezależnie od kształtu obrysu (prostokątny, trapezowy, eliptyczny).
Dla skrzydła prostokątnego MAC równa się cięciwie profilu. Dla skrzydła trapezowego MAC wyznacza się graficznie lub oblicza ze wzoru uwzględniającego cięciwę nasadową, cięciwę końcową i zbieżność.
Typowe położenie CG dla modeli szybowcowych i treningowych to 25% do 33% MAC liczone od krawędzi natarcia. 25% MAC to ustawienie bardziej przednie (bezpieczniejsze, bardziej stabilne), 33% MAC to ustawienie bardziej tylne (lepsze osiągi, mniejsza stateczność). Początkujący powinni zaczynać od 25% do 28% MAC.
Wyważenie podłużne
Wyważenie podłużne dotyczy rozkładu masy wzdłuż osi podłużnej modelu (nos do ogona). To podstawowy parametr, który ustawiamy w pierwszej kolejności. Przesunięcie CG do przodu zwiększa stateczność podłużną, ale też zwiększa opór indukowany (model leci z wychylonym sterem) i skraca czas lotu. Przesunięcie CG do tyłu zmniejsza opór i poprawia osiągi, ale zmniejsza zapas stateczności.
W praktyce wyważenie podłużne regulujemy dodając balast (ołów, śrut) w nosie lub ogonie modelu. Lepszym rozwiązaniem jest przesunięcie ciężkich komponentów (akumulatora w RC, silnika) zamiast dodawania martwej masy.
Wyważenie poprzeczne (lateralne)
Wyważenie poprzeczne dotyczy rozkładu masy wzdłuż osi poprzecznej (lewe skrzydło, prawe skrzydło). Model powinien wisieć poziomo gdy podeprzemy go pod kadłubem w punkcie CG. Jeśli jedno skrzydło jest cięższe, model będzie skręcał w jego stronę.
Różnicę masy skrzydeł kompensujemy naklejając kawałki taśmy ołowianej na końcówkę lżejszego skrzydła. Ważne jest, aby balast umieścić jak najbliżej końcówki, bo mniejsza masa na większym ramieniu daje ten sam efekt co większa masa bliżej osi.
Metody sprawdzania CG
Najprostsza metoda to test na dwóch palcach. Podpieramy model od dołu dwoma palcami wskazującymi w punkcie CG oznaczonym na planie. Model powinien wisieć poziomo lub z lekkim pochyleniem nosa w dół. Jeśli ogon opada, CG jest za daleko z tyłu.
Dokładniejszą metodą jest użycie wagi wyważającej (balance stand). Komercyjne wagi mają regulowane podpory, które pozwalają precyzyjnie znaleźć punkt równowagi. Dla modeli o dużej rozpiętości warto zbudować prosty statyw z dwóch pionowych listew i drutu jako osi.
W modelach RC można wykonać test nurkowania. Na bezpiecznej wysokości ustawiamy model w pozycji nosem w dół pod kątem około 30 do 45 stopni i zwalniamy stery. Poprawnie wyważony model powinien łagodnie wychodzić z nurkowania. Jeśli gwałtownie ciągnie w górę, CG jest za daleko z przodu. Jeśli kontynuuje nurkowanie lub zaczyna oscylować, CG jest za daleko z tyłu.
Dlaczego model z tylnym CG podnosi nos
Model z CG przesuniętym za daleko do tyłu ma zbyt mały zapas stateczności podłużnej. W fizyce lotu oznacza to, że punkt neutralny modelu (punkt, w którym zmiana kąta natarcia nie generuje momentu pochylającego) znajduje się blisko CG lub nawet przed nim.
Kiedy taki model napotka podmuch lub drobne zaburzenie zwiększające kąt natarcia, dodatkowa siła nośna generowana przed CG nie jest wystarczająco kompensowana przez statecznik. Model podnosi nos jeszcze bardziej, kąt natarcia rośnie dalej, aż do przeciągnięcia. Ten proces jest samowzbudny i bez interwencji pilota (w RC) lub odpowiedniej regulacji (w free flight) prowadzi do utraty modelu.
Praktyczne wskazówki
Zawsze zacznij od CG wskazanego na planie. Jeśli plan nie podaje CG, użyj 28% do 30% MAC jako punktu startowego dla modeli treningowych. Po każdej modyfikacji modelu (zmiana silnika, akumulatora, wyposażenia) ponownie sprawdź wyważenie.
Zapisuj ustawienia CG i ich wpływ na lot. Dziennik regulacji pozwala szybko wrócić do sprawdzonej konfiguracji. W zawodach zmiana CG o 2 do 3 mm potrafi wyraźnie zmienić zachowanie modelu w termice.