Centro de gravidade: o segredo para um bom voo

Hangar 9 Pitts S-2B 1/3 Escala

Acontece com muita frequência: um colega aparece no clube com um avião novo, com tudo funcionando perfeitamente. 

O rádio é checado e todos os controles se movem nas direções corretas; o motor funciona de forma confiável e fornece muita potência. 

O piloto taxia o avião, corre pela pista e decola. Imediatamente, ele começa a balançar as asas; o nariz aponta nitidamente para cima; e depois de vários segundos assustadores, ela atinge o solo - com força! O piloto fez tudo certo, exceto que ele se esqueceu de verificar o centro de gravidade do modelo!

Para fazer o voo de teste de seu novo aeromodelo com sucesso, tenha absoluta certeza de que o avião está balanceado no centro de gravidade (CG) correto. Nada pode estragar mais o seu dia do que tentar voar um modelo com cauda pesada. O risco de queda é muito grande. A localização inadequada do CG é responsável por mais aviões quebrados do que problemas de motor e rádio combinados.

Alguns métodos para determinar o CG

Um dos primeiros passos é determinar a corda aerodinâmica média (MAC em inglês) da asa do seu aeromodelo.

A distância entre o bordo de ataque e o bordo de fuga da asa, medida paralelamente ao fluxo de ar normal sobre a asa, é conhecida como corda. O comprimento médio da corda é conhecido como corda aerodinâmica média (MAC).

Numa asa de corda constante, o MAC pode ser determinado em qualquer ponto.

Para uma asa afilada, depois de definir as linhas da raiz e da ponta da asa, conecte suas extremidades com a linha de projeção para formar um X. O MAC está na intersecção dessas linhas, paralelo à corda da raiz.

Balanceamento

Ao balancear um monoplano, utilize o local indicado nas instruções do seu modelo ou na planta, medidos a partir do bordo de ataque. Se você não tem essas informações, não é difícil descobrir sozinho.

Para a maioria dos modelos, o ponto de equilíbrio fica entre 25 e 30 por cento da corda aerodinâmica média (MAC); 27 a 28 por cento parece ser uma boa posição na maioria dos aeromodelos. Com uma asa de corda constante, como em um Piper J-3 Cub, a linha MAC pode ser medida em qualquer lugar ao longo da envergadura da asa (Figura 1). 

Com uma asa afilada ou enfeixada, você deve determinar a localização precisa da linha MAC (Figuras 2 e 3). Usando a vista superior da asa, o comprimento da corda da nervura da ponta é adicionado a ambos os lados da nervura da raiz e o comprimento da corda da raiz é adicionado a cada lado da nervura da ponta. 

As extremidades dessas linhas de extensão são então conectadas com linhas projetadas formando um X. Onde essas duas linhas se cruzam é ​​o local para a linha MAC. A linha MAC é paralela à corda na raiz da asa. A linha MAC é então dividida por quatro para obter a localização MAC de 25% e por três para encontrar a localização MAC de 33%, sempre a partir do bordo de ataque.

Esses dois pontos fornecem a faixa do CG da asa. Você pode então estender as linhas de medida dos dois locais MAC, que estão a 90 graus da corda na raiz e pode balancear seu modelo em qualquer lugar ao longo dessas linhas.

A Figura 4 mostra a variação de Andy Lennon (engenheiro e projetista canadense, autor de vários livros sobre aerodinâmica e aeromodelismo) para encontrar a linha MAC de um painel de asa enfeixada, onde a localização do MAC está na interseção de uma única linha diagonal projetada e uma linha conectando os pontos médios das cordas da raiz e da nervura da ponta. O resultado para as duas técnicas é extremamente próximo e bem dentro da faixa geral do CG.

Encontrar o MAC para uma asa enfeixada é exatamente o mesmo que para uma asa afilada. Observe que as linhas de medição para as posições de 25 e 30 por cento estão mais para trás da linha da corda na raiz.

Andy Lennon recomenda uma maneira menos complicada de encontrar o MAC. Em vez de usar o padrão X, ele simplesmente conecta os pontos médios das cordas da raiz e da ponta da asa e usa uma única linha diagonal para conectar as extremidades das linhas de extensão. Onde esta linha encontra a linha da corda média está o MAC.

Biplanos

Quando se trata de biplanos, a técnica é muito semelhante. A Figura 5 mostra uma vista lateral de um biplano com duas asas de corda constante reta. O MAC é estimado como a distância horizontal do bordo de ataque da asa superior ao bordo de fuga da asa inferior. Em seguida, você divide a linha MAC para encontrar a faixa de equilíbrio do CG. 

Existem outras maneiras de encontrar a localização CG de um biplano, mas esta é a mais simples. Se, no entanto, seu biplano tem uma asa superior afilada e uma asa inferior reta, como com um Pitts Special, você usa a mesma técnica que para uma asa cônica mostrada na Figura 6. 

A distância do bordo de ataque na raiz da asa superior até o bordo de fuga da raiz da asa inferior  torna-se a linha de corda na raiz e a distância do bordo de ataque na ponta da asa superior até o bordo de fuga da ponta da asa inferior torna-se a linha de corda na ponta da asa.

Depois de determinar a posição do MAC e encontrar os locais de 25 por cento e 33 por cento do MAC, adicione o peso no nariz ou mude o equipamento de bordo de modo que o ponto de equilíbrio do modelo fique em algum lugar dentro da faixa do CG. 

Use um suporte de balanceamento resistente ao tamanho e peso do seu aeromodelo e, em seguida, certifique-se de que o lastro esteja devidamente preso para que não possa se mover ou cair do avião. 

É melhor começar no meio da faixa, pois a única maneira eficiente descobrir se o modelo é está um pouco pesado de nariz ou de cauda é testá-lo em voo.

Balanceando o meu Pitts S-2B da Hangar 9

O Teste de Mergulho

Uma excelente maneira de verificar o CG do seu modelo é usar o método de teste de mergulho (Figura 7).

Esta técnica foi desenvolvida por Keith Shaw, um especialista em projetos  de aviões elétricos e colunista da Model Airplane News e, embora possa parecer antigo, o teste funciona muito bem.

De acordo com Keith, “um centro de gravidade incorreto, geralmente muito pesado no nariz, também aumenta o arrasto indesejado. Um avião com nariz pesado pede para usar o trim do profundor para manter a estabilidade longitudinal. Isso significa que o estabilizador está "elevando" para baixo e isso cria arrasto de compensação induzido. Isso também significa que a asa deve desenvolver ainda mais sustentação para manter o voo nivelado, produzindo ainda mais arrasto!”

“Pilote seu avião com meia aceleração e ajuste a compensação do profundor até que possa manter as mãos fora em vôo nivelado. Verifique isso fazendo várias passagens sem alterar a configuração do acelerador.

Faça o voo em uma altitude de 30 a 50 metros.

Quando o avião estiver se aproximando do centro da pista, pique suavemente para um mergulho de 30 graus e segure-o até que a velocidade do ar aumente visivelmente. Nesse ponto, tire a mão do controle e observe o que acontece. 

Se o avião subir bruscamente, é muito pesado no nariz. Se continuar no mergulho ou subir ligeiramente, seu CG está perfeito. Se ele tentar se dobrar para baixo, está pesado de cauda. Isso ocorre porque o aumento da velocidade amplifica as correções de trim.

Se o modelo estiver com uma trimagem para cima para corrigir uma condição de nariz pesado, o aumento da velocidade de mergulho faz o modelo puxar para cima e vice-versa.

“Uma série de vantagens extras vem com a localização correta do CG. A quantidade de movimento do elevador necessária para qualquer manobra diminuirá e isso significará menos arrasto e um voo mais estável. Não haverá praticamente nenhuma necessidade de correção para baixo, o que é uma tentativa inepta de ‘consertar’ a tendência de uma aeronave superestabilizada de subir conforme a potência aumenta.”

Voando 

Com o CG do aeromodelo na faixa de balanceamento seguro, você pode decolar e trimar o avião. Pilote o modelo entre 1/2 e 3/4 da aceleração do motor e ajuste as superfícies de comando para um voo reto e nivelado. Depois de pousar e verificar os valores das trimagens, ajuste os comandos para que os trims do rádio fiquem de volta em neutro. Faça outro voo e veja o desempenho do modelo. Se ele voar normalmente - sem subir ou mergulhar com pequenas mudanças de potência - este é um bom indicador de CG. Se ainda houver alguma tendência para cima ou para baixo, o CG ainda precisa ser ajustado. Muito tendência para cima indica que o CG está muito para frente (nariz pesado); tendência para baixo indica um CG de popa (cauda pesada). 

Resultado

A melhor apólice de seguro para qualquer modelo de avião é equilibrá-lo o mais próximo possível do CG correto antes de voar. 

Sentir o que o modelo lhe diz durante o teste de voo ajudará você a ajustar o balanceamento. O peso da cauda aumenta a capacidade de manobra, enquanto o peso do nariz aumenta a estabilidade. Um avião com nariz pesado, entretanto, tende a pousar em uma velocidade mais rápida, enquanto aviões com cauda extremamente pesada podem se tornar incontroláveis. Alguns cálculos básicos antes do primeiro voo ajudarão a manter seu modelo inteiro. Faça o balanceamento correto.

Texto e ilustrações da equipe da Model Airplane News. 

A tradução e adaptação são minhas.