Samokřídla - starší tvorba

Moje pokusy se samokřídly - článek v RCmodely 2022

Jak jsem se k těm divnostem vlastně dostal. Poté, co jsem na akci v Koprníku zavadil o zeměplochu dvoumetrovým F7F a ukončil tak jeho kariéru a poté, co jsem od jeho nástupce, dvoumetrového DH 98, chtěl stejné obraty jako po Tigercatu a ono se Mosquito odvděčilo utržením proudnic a pokusem odtlačit zeměkouli o kousek pryč, tedy po těchto příhodách jsem někde narazil na fotky restaurovaného experimentálního letounu Northrop N9MB, bezocasého, dvoumotorového samokřídla, jehož předchůdci vznikali od roku 1941. Zaujalo mě tou dvoumotorovostí (ke které v modelařině tíhnu), absencí svislých stabilizačních ploch a také nepřílišnou okoukaností v modelářském světě (tedy alespoň v české kotlince). Od fotek byl jen krůček k hledání videí a nejspíš v tu chvíli při pohledu na letové záběry tohoto zajímavého stroje došlo k zamilování a touze něco takového stvořit v modelovém provedení. Také jsem byl zvědav, jak poletí samokřídlo bez směrovek a aktivní stabilizace - mnohé hlasy říkají že to bude problémové.

Měl jsem předtím jen jedno bublinkaté samokřídlo - MiniTornádo - se kterým jsem brousil především stěny místních tělocvičen, ale u něj jsem se slepě držel návodu co se týká těžiště, pohonu, seřízení a tak dál. Začal jsem se rohlížet po informacích kolem samokřídel a asi nejvíc jsem načerpal ze stránek www.nurflugel.com , kde je jakýsi rozcestník (jeden z mnoha), ukazující kam se dá dívat a kde sehnat nějaké ty chytrosti kolem konstrukce a aerodynamiky samokřídel. Narazil jsem časem na velmi sofistikované informace včetně výpočetních metod, jak dospět k dobře a stabilně létajícím samoplošníkům, ale to už je fakt dost vysoká dívčí a tak jsem vyměkl, vzdal teorii a jen jsem tam načerpal závěry a poznatky o tom, jak asi to samokřídlo bez dalších ploch má vypadat, aby nespadlo hned po odhození do vzduchu, během letu nebo při přistávání.
Vyzbrojen relativně kusými informacemi jsem začal kreslit a posléze i frézovat díly na cosi alespoň trochu podobného zmíněnému N9MB; rozpětí jsem zvolil 2360mm aby to ve vzduchu bylo trochu vidět. Abych nezačal svoji samokřídelní kariéru rovnou těžkým neúspěchem, pořídil jsem na zkoušky kit, tedy jen díly samokřídla Zeta FX-61 Phantom, houbovitou kopii Multiplexího křídla Xeno o rozpětí cca 1500mm. Začal jsem s jeho přestavbou instalací dvou motorů do míst původních směrovek (to je ta vášeň pro dvoumotoráky); přece jen souzvuk dvou vysavačů zní lépe než kvílení jednoho. Letělo to, tak jsem počal směrovky nad motory ořezávat, zda to poletí i tak. Letělo to. I bez směrovek. Dalším krokem bylo nahrazení koncových kudrlinek novými plochami s "odporovými směrovkami". Co to je - využívá to mnoho skutečných samokřídel, což je vidět na letových záběrech a jedná se o rozevíratelné klapky, které při rozevření daný konec křídla přibrzdí a na opačném konci naopak sevřením odbrzdí a tím křídlo může zatáčet skoro jako běžný "trupový" letoun směrovkou. Zároveň to při letu mírným rozevřením na obou stranách křídlo stabilizuje - chce-li letoun samovolně někam zabočit, v zatáčce vnější konec křídla zrychlí, na rozevřených klapkách naroste aerodynamický odpor a ten konec křídla je tím přibržděný - funguje to obdobně jako negativy na koncích křídel.
Průběžně s těmito pokusy probíhala konstrukce a stavba většího monstra. Potýkal jsem se s umístěním nosníků, protože ač se to nezdá, křídlo je značně rozvrtané různými otvory - šachty zatahovacího podvozku, prostupy hřídelí pohonů, schránky akumulátorů, lůžka reproduktorů zvukového modulu (další moje drobná úchylka...). Konce křídel s rozevíranými klapkami jsou odnímací, to hlevně kvůli transportu. Podobná samokřídla obvykle nemají trup sahající před náběžku a těžiště má svá krutá pravidla zvlášť pro jeho kritickou zadní polohu, je proto nutné v části konstrukce za těžištěm dost střežit hmotnost (to se mi moc nepovedlo) a snažit se těžké součásti výbavy umístit co nejvíce dopředu (to se povedlo jen částečně). Proto jsou motory (NTM 4248 kv650) umístěné těsně za náběžkou a dozadu k vrtulím vedou hřídele v pouzdrech, proto jsou baterky (2x 6s2p LiIon 18650) uložené také za náběžkou, hned vedle šachty příďového podvozku. Konstrukci jsem poněkud předimenzoval a tak mi celková hmotnost vyšla něco přes 6 kg. Po spočítání a grafickopočetním vyhledání kýžené polohy těžiště (dvěma metodami, lišilo se to o cca 2cm) jsem úplně do špičky umístil skoro 3/4 kg olova... Pravda, způsobil jsem si to sám - kostra je celá z topolovky 3mm a potah balzou 2mm, což je opravdu zbytečně těžké a nepotřebně pevné.

V dubnu 2020 jsem mohl přikročit k záletu. Došlo k němu na nuceně nepoužívané (je v nebezpečné blízkosti VPD LKRK) asfaltové dráze našeho rakovnického modelářského klubu. Po dlouhém rozjezdu napomohl drn na konci asfaltu nadhozením příďového kola a jen díky tomu se bestie zvedla k prvnímu letu. Byl ostatně velmi krátký, ale ukázal že to nejspíš létat bude, že je to řiditelné a na první pohled stabilní. Skutečnost, že jsem musel hodně tahat za výškovku naznačila, že se s těžištěm dá domluvit a přesvědčit ho, že by mohlo být o dost více vzadu, než bylo spočítáno. Následovala sezóna vydloubávání olova z čumáku a rychlého pojíždění s několika karamboly, při kterých vždy došlo k poškození příďové podvozkové nohy. Občas k odlepení od země přispěl opět drn a nakonec, když ze 700g olova zbylo jen asi 50g a těžiště odpochodovalo asi o 3cm dozadu, jsem potvoru dokázal odstartovat tak nějak spořádaně, už bez přispění travnatých kopečků nadhazujících příďové kolo.
Poté, co jsem se naučil s křídlem odstartovat, se ukázalo že bude muset nastat výuka v přistávání. Ono to nad zemí neuvěřitelně plave a i přes rozevřené klapky to nechce kinetická energie oněch cca 6,5kg vzdát a přistání jsou pak "na klokana" = opět několik oprav nohy příďového podvozku. Za letu to ale myslím vypadá zajímavě (= jinak než běžní trupovníci), zvukově to taky ujde (ESS sound modul jsem zatím ještě nezprovoznil) a hlavně se projevuje v některých polohách záludný "stealth" efekt, kdy je z modelu jen čárka a občas jen díky znalosti předchozí trajektorie letu odhaduji události příští. To je ovšem společné všem samokřídlům, obzvláště těm bez směrovek.
Mezitím, kromě pokusů s velkou bestií, jsem pocítil potřebu něčeho pro běžné polétání, co by se vešlo do O-I 1.9 TD kombi bez demontáže a šlo hodit z ruky. První požadavek se díky rozpětí 1560mm podařilo splnit, ten druhý - pohodové odhození z ruky - zase tak dobře ne. Samokřídla obecně mají buď reflexní ( od cca poloviny nahoru prohnutý) profil a/nebo výrazné negativy na koncích křídla (až 8-10° ta "dospělácká"; opravdu, dá se to najít). Taková aerodynamická záležitost na krátkém rameni je mnohem méně účinná než výškovka na relativně delším rameni u letounu s trupem. Při malých rychlostech při hodu to vyústí v silné zhoupnutí hozeného samokřídla a pokud je poněkud těžší, obvykle se zhoupne víc a pár metrů před vrhačem tvrdě přistane. To moje (familiérně mu říkám "modrá bestie"; to velké je "žlutá bestie") hmotí kolem 1,6kg a i když jsem zespodu udělal v těžišti kapsy na prsty pro dobré uchopení při házení, neumím s ním kloudně odstartovat při větru pod asi 4m/s. To je ostatně slyšet ve videích (odkazy na konci článku) že to při létání s tímto křídlem docela funí. Pokusy při slabším větru nejsou zdokumentované. Radši.
Konstrukce je opět poněkud předimenzovaná, motory velikosti 2830 jsou ze zrušeného Phantoma/Xena, baterka 3s 5000mAh (vyměklá, ale funkční, pozůstatek po 2m dvoumotorácích) to díky umístění napříč úplně vpředu dostatečně vyvažuje (olova je tam jen trochu). Zkusil jsem řízení "hybridními" klapkami - 4 klapky tohoto samokřídla jsou nad sebou a řízené klasicky i jako popisované odporové směrovky = jejich 4 serva reagují na knipl křidélek, výškovky a směrovky. Trochu zamotanou hlavu jsem měl z namixování těchto požadavků, zpočátku to zabralo až 8 volných mixů; po absolvování této procedury na dalších (podobných, ale menších) modelech se to ale podařilo zjednodušit díky funkci "deltakřídlo" a dále stačí jen 4 volné mixy kvůli směrovce.
Následovala ještě jedna "betonová" potvůrka, malé (860mm) dvoumotorové křídlo ve stylu N9M, dále přišlo konečně uvědomělé postupné odlehčování konstrukce - tak vzniklo 960mm křídlo s napevno rozevřenými (kvůli stabilizaci) vnějšími klapkami na koncích křídel a s řízením vnitřními klapkami jako běžné samokřídlo, motor 1811 kv2000, baterka skoro halová 2s 360mAh.Modelářský svět zaplavila vlna RES větroňů a "retro" modelů podle plánků z minulého století. To "retro" ve mně probudilo vzpomínky na mládí, kdy jsem pobíhal po letišti s gumicukem a ono "RES" připomnělo že jsem už asi 35 roků neměl větroně. Nakreslil, vyfrézoval a postavil jsem si 1800mm křídlo se čtyřmi klapkami, umístěnými ne nad sebou ale vedle sebe. Řízené jsou opět jako křidélka, výškovka a směrovka. Ty první dvě funkce to zastává velmi dobře, vliv "jako směrovkou" není tak výrazný jako když jsou 4 klapky nad sebou na konci křídla. Létání je klidné, v zatáčkách křídlo trochu driftuje, to je ale zkousnutelné. Stabilita je slušná díky negativnímu zkroucení -3° na konci křídla; od středu se lineárně zvětšuje od 0° - to dosahuji při lepení vhodnými podložkami, zakomponovanými do odtokovky; po zalepení torzní skříně ("D-box") podložky odstraním a zabrousím stopy po nich. Křídlo je dělené kvůli přepravě v batohu na kole, mezi polovinami je vložené žebro ze 2mm sklotextitu se zakomponovaným vlečným háčkem. Přijímačová LiIon baterie 2s 300mAh má po jednom článku v každém křídle; 4 mikroserva jsou kvůli snazšímu vyvážení umístěna u středu křídla hned za hlavním nosníkem a náhony ke klapkám jsou realizované tenkými bowdeny. Není to úplně dobré řešení; bowdeny s tenkou strunou (zase šetření váhou) mají trochu vůle a klapky tak mají poněkud hysterezi. S tím se ale dá žít když se s tím při letu počítá a hlavně to uspoří dost olova ve špičce.
Letové výkony tohoto samokřídla do termiky nejsou nikterak oslnivé, je to mimo jiné dáno i proužitým profilem - to prohnutí nahoru prostě moc vztlaku nevyvolá, ale to je opět společné většině samokřídel. Jejich použití je výhodné tam, kde se dá výrazně uspořit hmotnost (to ještě neumím) a odpor (to se uspoří samo) absencí různých zbytečností (trup, ocasní plochy, ...). Startuji na gumicuku z asi 10m gumy 4x1mm a 80m silonu 0,4mm. Dá se příjemně relaxovat pohybem po ploše (pro silon, natáhnout, přistát a znovu pro silon...) bez doprovodných zvuků motoru. Po několika odpolednech s proměnlivým směrem vánku, kdy bylo nutné po každém startu přemístit gumicuk, jsem vyrobil nové středové žebro s motorem (nějaký kolem 20g), regulátorem a akumulátorem 2s 360mAh. Vznikl tak motorizovaný větroň, schopný několika opakovaných výstupů při hledání termiky, případně pro létání "kolem sebe" ve výši pasu.Malá samokřídla se dobře a rychle staví - rychle to přibývá; stavíte křídlo, stavíte... a najednou máte hotové letadlo. Tak vznikla dvě další křídla o rozpětí 950mm, kdy jsem se snažil o jejich nízkou hmotnost kvůli případnému létání v hale. Sice jsem se dostal při této velikosti na nějakých 130g letové hmotnosti, ale samokřídla přece jen mají svá specifika a při simulovaném halovém létání jsem se do myšleného prostoru o velikosti tělocvičny jaksi nevešel - na malé rychlosti je křídlo nervózní až mírně nestabilní a na půl plynu i s tak malým motorem (cosi jako Turnigy 5g) už letí dost rychle aby to v hale vyústilo v ránu. To je ostatně jev, který jsem pozoroval u všech mých samokřídel - stačí jim mnohem menší výkon pohonu než stejně velkým běžným letounům s trupem a ostatními náležitostmi.Další inspirací pro novou tvorbu byla videa s vojenskými drony - tvarově mě zaujal například Lockheed-Martin RQ-170 Sentinel. Má dostatečně "rozumný" půdorys (na rozdíl od Northrop-Grumman X47B) a co se týká modelového provedení, našel jsem jen velmi málo pokusů o jeho RC ztvárnění. Ostatně toto u mně poslední dobou často rozhoduje o volbě předlohy; nechci stavět a létat typ, který je "profláknutý" tak, že je k vidění na každém rohu, byť to je legenda z nejlegendovatějších. Chtěl jsem zároveň vyzkoušet co umí malá dmychadýlka 30mm, o kterých jsem četl zmínku (ve skupině Horten Flying Wing Believers na FB), že svým malým tahem asi moc neutáhnou. Zvolil jsem proto na rozdíl od předlohy motory dva, pro každý jeden akumulátor 2s 500mAh, rozpětí modelu je 980mm. Řízení modelu je klasické, dvěma klapkami a stabilitu zajišťují opět negativy -3°. Objednal jsem ale levnou variantu těch 30mm dmychadel - mají nedobře uložené rotory a v jistých otáčkách silně vibrují, cca kolem poloviny výkonu. Až tak moc to nevadí, let na plný plyn trvá kolem 4-5 minut a to mi postačuje. Černá barva (potahuji vše Vliesem barveným malířskými tónovačkami, kromě "modré bestie", ta je potažená fólií) dává modýlku myslím zajímavé vzezření a "stealth" efekt při letu je velmi výrazný, nedovolí moc koukat okolo.
Protože létání s modelem připomínajícím skutečný dron (nestavím polomakety, ani čtvrtmakety, spíše modely inspirované určitým typem letadla) se mi zalíbilo, rozhodl jsem se trochu zvětšit rozpětí a použít jedenáctilopatkové dmychadlo 64mm. Volba předlohy padla znovu na typ RQ-170, nakonec i proto, že jsem s ním měl dobré zkušenosti a v neposlední řadě i odladěnou polohu těžiště v menším vydání. Snažil jsem se prokreslit konstrukci trochu pečlivěji než u toho menšího, ale ty divné "hrby" po stranách jsem ignoroval, možná je časem vymodeluje syn (umí ve 3D) a zhotovím je jako lehké vakuvýlisky. Co se týká mnou použitých profilů (občasná otázka kolegů), vyšel jsem z několika profilů nalezených na internetu, které jsem si podle své hlavy poněkud modifikoval jejich tvarováním v Corelu - v něm to jde docela pěkně, stačí 5-6 řídících bodů a taháním za jejich tečny se dá obkreslit leckterý profil. Vzhledem k tomu, že nemám ambice na kdovíjaké supervýkony mých modelů, netrvám na přesném dodržení vzorových profilů a běžný způsob stavby tak jako tak neumožní jejich opravdu přesné dodržení. Poslední modely používají mnou postupně modifikovaný profil (už ani nevím ze kterého jsem vyšel, podobá se více profilům), kde mám oblast konce odtokovky upravenou do úseček, abych nemusel tvořit prohnuté profily odtokové lišty a řídících ploch. Asi by to při použití vhodnějších profilů a přiměřeně přesnější (a náročnější) technologii stavby létalo o něco lépe, ale na rekreační polétání mi to takhle postačuje.

Věc často přetřásaná a u samokřídel někdy až démonizovaná - to je poloha těžiště. Ano, najít tu správnou polohu těžiště je někdy trochu oříšek, ale není to až tak kritické, jak některé hlasy tvrdí. Důležité je začít spíše vepředu, protože samokřídlo těžké na čumák uřídíte, ale s těžištěm moc vzadu to je tak, že samokřídlo si letí úplně samo kam chce, ale kam určitě nechce pilot. Na předběžné určení polohy těžiště používám v poslední době kalkulátor https://rcplanes.online/cg2_wing.htm - ten je vhodný i pro složitější půdorysy křídla; na jednodušší stačí z odkazu odmazat tu dvojku. Začnu spíše s přední polohou těžiště a po odladění v reálu to víceméně sedí s výpočtem. Ladím tak, že postupně odebírám olovo ve špičce a když se éro začne při přetažení někam sypat, vrátím poslední odebraný kousek. Zatím to pokaždé zafungovalo a i když jsem se snažil uvést některý model do pádu třeba přetažením v zatáčce, po hbité půlotočce se srovnal a letěl spořádaně dál. Nezkoušel jsem to jen u toho největšího, přece jen je to těžká potvora a kdoví, co by vyvedla.
Stabilita všech zmiňovaných křídel je dobrá, nezažil jsem nějakou krizovku končící neřízeným pádem, maximálně jen zvrhnutí křídla do rychlého obratu, ale po nabrání rychlosti se model zase uklidní. Je to dané poměrně velkou šípovitostí, která už sama poněkud stabilizuje a hlavně negativy konců křídla; u modelů s rozevíranými klapkami tomu napomáhá onen brzdící efekt rozevřených klapek. S těžištěm nejdu až na hranu, raději nechávám modely trochu těžší na čumák a po seřízení mají obvykle klapky mírně natažené - to doplňuje zmíněné negativy.
Pokud se chcete podívat na některá letová videa s výše zmíněnými modely, jsou na mém YT kanálu https://www.youtube.com/user/jyrrys/videos . Občas mívám dotaz na plánek některého modelu; data pro frézování i plánek pro stavbu připravuji v Corelu a v některých starších se sám po nějakém čase moc nevyznám. Nebráním se ale jejich sdílení, případně mohu data vyexportovat do pdf, dxf a pod. - kontakt jiri.smid@tiscali.cz .