V mnoha fyzikálních vědách lze teoretická řešení některých problémů výrazně usnadnit zavedením zjednodušujících předpokladů. I při jejich respektování jsou získané výsledky zpravidla prakticky použitelné a umožňují získat na danou problematiku správný názor.

Zjednodušující předpoklady totiž často pouze omezují oblast platných výsledků, ale i tato omezená oblast pokrývá většinu problémů z praxe. Jako příklad lze uvést např. respektování Hookeova zákona při pevnostních výpočtech, uvažování zcela tuhých prvků v mechanice, zanedbání hmotnosti některých součástí systému v dynamice apod.

Aerodynamika je v tomto směru poněkud odlišná. I zde se pracuje se zjednodušujícími předpoklady. Jejich nedodržení nebo nesplnění však může někdy vést ke značným rozdílům mezi teorií a praktickými zkušenostmi. Na to je potřeba pamatovat především u složitějších úloh a případný vliv zjednodušujících předpokladů na konečný výsledek hodnotit velmi obezřetně. Navíc celkový „aerodynamický výsledek“ je dán často vzájemně protichůdnými vlivy, jejichž podíl na konečném výsledku je problematické nejen přesně stanovit, ale někdy i odhadnout. To je jeden z důvodů, proč i v dnešní době, kdy se běžně pracuje s matematickými modely pro simulování různých dějů, neztrácí na významu aerodynamický experiment - praktické ověřování výpočtů.

To v žádném případě neznamená, že aerodynamické výpočty nemají význam. Jen je potřeba mít neustále na paměti, za jakých předpokladů jsou tyto výpočty prováděny a kriticky hodnotit získané výsledky. Dnes je k dispozici jak spousta dat ze základního výzkumu (např. NASA/NACA reporty), tak i programů pro řešení různých konkrétních úkolů. Bohužel není nic jednoduššího, než přehlédnout předpoklady, za nichž uvedená data nebo programy platí. Špatná interpretace takto získaných poznatků vede zákonitě ke špatným závěrům. Stejný výsledek může mít řešení nějakého problému bez respektování možných, zdánlivě nepodstatných „přidružených“ vlivů.

Mnoho praktických modelářských problémů se dá řešit bez složitých výpočtů - jen je potřeba uvážit vše potřebné. Samozřejmě bez znalosti základních vztahů a zákonů to nejde. Je však důležité tyto vzorce nejen znát, ale především jim rozumět. Vzorce lze nalézt v literatuře, ale jejich praktickým aplikacím zpravidla mnoho místa věnováno není. Případné vyhledání vzorců tedy nechám na Vás - já se pokusím uvést několik příkladů, jak je využít ve svůj prospěch.

Chlazení pohonu elektroletů

Správně navržený elektropohon by neměl produkovat nadměrné množství tepla. Zvýšená teplota signalizuje přetěžování některého prvku systému motor/regulátor/akumulátory a znamená, že část elektrické energie se zbytečně mění na energii tepelnou, kterou lze použít k pohonu modelu jen stěží. Ale i u správně navrženého pohonu dochází díky ztrátám k ohřevu a je potřeba jej chladit tak, aby bylo možné odvádět minimálně takové množství tepla, které ztrátami vzniká. Pokud bude množství odváděného tepla menší, teplota systému poroste, tím bude klesat účinnost, to povede k dalšímu nárůstu množství ztrátového tepla atd. Pokud mají akumulátory přiměřenou kapacitu, model - byť s přehřátým pohonem - přistane. Pokud je kapacita akumulátorů příliš velká, může se pohon nevratně změnit na spalovací, resp. spálený - a to v lepším případě. V tom horším tuto přeměnu nepřežije ani model.

Nároky na účinnost chlazení jsou uprostřed léta zpravidla vyšší než na jaře nebo na podzim.

„Střídavý“ regulátor není teplotně nejvíce namáhán při režimu „plný plyn“, ale v oblasti pod ním.

V každém případě je lépe mít chlazení předimenzováno než naopak.

Odvádění tepla z okolí pohonné jednotky uložené uvnitř trupu lze prakticky zajistit pouze prouděním vzduchu uvnitř trupu. Většina modelářských trupů neodpovídá představě uzavřeného tělesa, ve kterém lze potřebné proudění zabezpečit vhodně umístěným otvorem, kterým bude vzduch do trupu vstupovat a odpovídajícím výstupním otvorem odcházet. Na trupu samotném bývá různých netěsností a otvorů zpravidla mnohem více (např. kabina, spojení křídla s trupem, výstupy táhel, otvory pro vypínač, montážní otvory) a jednoznačně určit, jak to ve skutečnosti v trupu „fouká“ je prakticky nemožné.

Zásadní vliv na proudění uvnitř trupu má rozložení součinitele tlaku, který je zpravidla označován c_p, na povrchu trupu. Udává vztah mezi rychlostí/tlakem vzduchu v daném místě povrchu trupu a rychlostí/tlakem v dostatečné vzdálenosti od obtékaného tělesa - správně řečeno v nerozrušeném proudu. Dosahuje maximální hodnoty c_p=1 - to je v místech, kde se vzduch vůči povrchu obtékaného tělesa nepohybuje. Rychlost proudění je tedy nulová a tlak na povrchu tělesa maximální dosažitelný. Při hodnotě c_p=0 má vzduch na povrchu obtékaného tělesa stejnou rychlost i tlak jako v nerozrušeném proudu. Záporné hodnoty c_p udávají, že v daném místě je rychlost obtékání vyšší a tlak nižší než v nerozrušeném proudu. Je důležité si všimnout, že absolutní hodnota záporného c_p není omezena nějakým maximem. Rychlost proudění vzduchu na povrchu tělesa je pro potřeby výpočtu c_p definována pouze velikostí, nikoliv směrem - to může mít značný vliv především u prostorového obtékání.

V uzavřeném dutém tělese se dvěma otvory bude vzduch proudit od místa s vyšší hodnotou c_p k místu s nižší hodnotou c_p . Rychlost proudění bude dána hodnotou rozdílu c_p a geometrií uvnitř tělesa. Pro naše potřeby nemá význam zacházet do podrobností - spokojíme se s tím, že víme, kterým směrem vzduch proudí.

Pokud je otvorů víc, je stanovení směru proudění složitější - na konečném výsledku se budou podílet hodnoty c_p v jednotlivých místech. U trupu modelu se bude navíc měnit rozložení c_p na povrchu podle režimu letu se změnami úhlu náběhu a vybočení.

Z uvedených skutečností je patrné, že přesné stanovení proudění vzduchu uvnitř trupu je mimo možnosti běžného modeláře. Empirická řešení mají nevýhodu v tom, že zpravidla platí jen pro určitou skupinu typů modelů a jejich použití na typech jiných nemusí vést k žádoucím výsledkům. I za těchto podmínek však lze s velkou pravděpodobností dosáhnout přijatelného výsledku.

Předpokladem úspěchu je dosažení stavu, kdy máme představu, jak vzduch uvnitř trupu proudí. Toho lze dosáhnout dvěma způsoby. První možností je zvolit místo vstupu vzduchu do trupu tak, aby hodnota c_p v tomto místě byla vyšší, než ve všech místech, kudy může vzduch z trupu unikat. V tom případě vzduch vstupuje do trupu pouze v tomto místě a vystupuje všemi zbývajícími otvory - je tedy zřejmé, odkud kam proudí. Druhou možností je naopak najít místo s co nejnižší hodnotou c_p a tam umístit výstupní otvor. Vzduch je v tomto místě z trupu vysáván a všemi ostatními otvory do něj vstupuje. Výhodnější je druhé řešení - absolutní záporné hodnoty c_p mohou být větší než kladné (c_p max=1) a výměna vzduchu uvnitř trupu může být při stejných rozměrech otvorů intenzivnější. Kromě vedlejších výhod, jakými může být přidržování kabiny nebo odsávání mezní vrstvy štěrbinami, je hlavní předností fakt, že místo s maximálním podtlakem se hledá jednodušeji než místo s maximálním přetlakem - to neplatí při použití nějakého vzduchového „lapače“ vysunutého z povrchu trupu - toto řešení je však spíše silové než aerodynamické.

Pokud jde o trup soutěžního či rekreačního modelu s aerodynamickým tvarem, hodně napoví pohled na rozložení tlaku na povrchu symetrického profilu. Trup je prostorový objekt, kdežto profil rovinný. Hodnoty c_p na trupu budou proto dosahovat nižších absolutních hodnot než u profilu, ale charakter rozložení bude podobný. (Poměrně snadno dostupná jsou i měření rozložení tlaku na Pitot-statické trubici - tam jsou důležitá pro správné umístění otvoru, jímž se měří statický tlak.) Při nulovém úhlu náběhu je nulová rychlost/maximální tlak pouze v náběžném bodě a s rostoucí tloušťkou profilu rychlost roste a tlak klesá. Místo maximálního podtlaku se bude podle tvaru profilu/trupu lišit, ale vždy bude před místem maximální tloušťky.

Místo s maximálním podtlakem se tak u značné části zmiňovaných modelů nachází v oblasti štěrbiny mezi kuželem a trupem a v blízkém okolí. A v těchto místech se také velmi často nacházejí otvory, které mají sloužit k přivádění vzduchu dovnitř modelu. Že tudy vzduch z modelu zpravidla naopak vystupuje, svědčí fotografie modelů, u nichž došlo ke shoření nějaké součásti na palubě - „vstupní“ otvory jsou znečištěny spalinami. Takové fotografie lze nalézt poměrně snadno a jedním z důvodů pro jejich publikaci je překvapení vlastníků modelů nad „začouzenými“ vstupy.

K zamyšlení je také funkčnost tzv. turbokuželů - kuželů, které jsou vepředu otevřené a mají přivádět vzduch dovnitř modelu. Pokud není utěsněna štěrbina mezi kuželem a trupem - a to je v modelářské praxi takřka nezajistitelné - s velkou pravděpodobností kuželem přivedený vzduch touto štěrbinou hned zase odejde, aniž by se dostal dovnitř samotného trupu.

Využití štěrbiny mezi vrtulovým kuželem a trupem se zdá pro odvod vzduchu z vnitřku trupu ideální. Intenzita proudění se dá regulovat velikostí štěrbiny - stačí milimetry, odsávání je funkční při všech režimech letu. Se změnou úhlu náběhu nebo vybočení nebude sice rozložení tlaku po obvodu symetrické, ale za normálních letových režimů bude mít vždy záporné hodnoty a zmenšení celkového množství odsátého vzduchu díky „přefukování“ ve štěrbině nebude mít zásadní vliv.

Pokud se domníváte, že trup Vašeho modelu je těsný, je nutné zajistit přívod vzduchu. Ideálním místem je např. konec trupu. Ten může být svisle zaříznutý - vzduch odsávaný dovnitř trupu jej aerodynamicky vyhladí a sníží tak jeho tzv. dnový odpor. Jen je potřeba vyrovnat se s faktem, že vzduch uvnitř trupu proudí proti směru letu - to však nemá na letové charakteristiky modelu žádný vliv.

Podobně vhodné místo pro umístění výstupního otvoru je na horní straně centrovánu křídla za náběžnou hranou, ale tam lze narazit na konstrukční omezení.

Odlišná situace je u modelů s trupy, které uvažovaný aerodynamický tvar nemají - např. modely letadel s hvězdicovými motory. Tam je nutné počítat s tím, že na předku trupu bude vznikat poměrně rozsáhlá oblast, v níž budou hodnoty c_p rovny nebo velmi blízké 1, tedy oblast přetlaku. Vzduch, který se tlačí dovnitř trupu, musí mít možnost z trupu odejít. Otvor umístěný až někde na konci trupu není ideální - i zde bývá zpravidla spíše přetlak a tlakový gradient může být poměrně malý. Teoreticky ideální místo je hned za čelním zaoblením motorového krytu - rychlost vzduchu je zde velká, stejně jako podtlak. Určitou představu si lze udělat sledováním obtékání oplachtovaných úložných prostor jedoucích nákladních vozů. Těsně za hranou je vidět, jak proudící vzduch odtahuje plachtovinu od kostry, aby o kousek dál byla plachtovina naopak ke kostře přitlačována. Je jen potřeba najít správné auto s „vhodně“ vyrobenou plachtou. Na modelu však toto místo není ideální - výsledek je podobný jako u tzv. turbokuželů - proudění k ochlazení pohonné jednotky nepomáhá.

Vhodným místem pro umístění výstupního otvoru je např. prostor nad náběžnou částí centroplánu křídla. Zde vzduch z trupu vysává podtlak vznikající nad křídlem. U hornoplošných modelů by měl být výstupní otvor umístěn alespoň v oblasti maximálního průřezu trupu ale ne těsně pod křídlem.

Množství proudícího vzduchu potřebné k dostatečnému ochlazení pohonné jednotky bývá výrazně menší, než jsou běžné představy. Zásadní rozdíl je mezi stavy, kdy se vzduch nehýbe vůbec nebo proudí. Rozhodně neplatí, že pokud daným prostorem proudí dvojnásobné množství vzduchu nebo vzduch proudí dvojnásobnou rychlostí, budou teploty klesat v přímé úměře těmto číslům.

Na některých modelech letadel s hvězdicovými motory lze vidět řešení, kdy je motor umístěn uprostřed motorového prostoru. Tento prostor je však často vzadu uzavřen a vzduch nemá kudy odcházet. Motor není při tomto uspořádání chlazen nijak intenzivně, i když se to může na první pohled zdát. Celý prostor se totiž aerodynamicky „ucpe“ a vzduch proudí okolo motorového krytu - uvnitř pouze víří. Toto řešení však může mít za následek „podivné“ chování modelu při změnách úhlu náběhu nebo vybočení - ale to je jiná kapitola.

U dmychadel je situace obdobná jako u aerodynamicky tvarovaného trupu. Nejlepším řešením je vysávání vzduchu štěrbinou mezi rotorem a uložením motoru. Musí však být umožněn přístup vzduchu do prostoru motoru otvorem v zadní části dmychadla a vzduch musí mít možnost procházet motorem (dáno konstrukcí motoru) nebo alespoň prostorem okolo něj. Pokud tomu tak není, je motor nebo jeho plášť chlazen pouze na povrchu vzduchem proudícím od rotoru.

Nemá smysl umísťovat regulátor přímo do kanálu za dmychadlo - pokud tedy není smyslem Vašeho počínání výrazné snížení účinnosti celého pohonu. I zapouštění regulátoru do povrchu kanálu je ve většině případů zbytečně složité řešení. Při respektování skutečnosti, že rychlost proudění v kanálu dmychadla je výrazně vyšší než rychlost letu modelu, a tím i c_p má výrazně větší zápornou hodnotu než kdekoliv na povrchu modelu, stačí k intenzivnímu odvětrání vnitřku modelu malá štěrbina v kanálu - nejlépe v blízkosti regulátoru a zdrojů.

Respektování rozložení tlaku na povrchu obtékaných těles má svůj význam a někdy dokonce rozhoduje o funkčnosti či nefunkčnosti daného konstrukčního řešení. Dobře známé a hojně používané jsou např. „kapsovité“ NACA vstupy nevystupující z obrysu trupu. Z technické dokumentace ale vyplývá, že pro jejich správnou funkci je nutnou podmínkou definovaný minimální tlakový gradient. Pokud není tato podmínka splněna, neplatí ani ostatní data a poměrně složitý tvarový prvek dokonce ani nemusí fungovat jako vstup.

Znám případ, kdy se řešila nespolehlivost funkce APU (Auxiliary Power Unit), což je vlastně malá turbína zásobující energetickou soustavu letounu při vypnutých motorech. Na zemi jednotka fungovala bez problémů, za letu však nejen že nešla nastartovat, ale byly problémy vůbec ji udržet v chodu. Nakonec - po poměrně dlouhém bádání a zkoušení - se zjistilo, že polohy vstupu a výstupu samostatného kanálu vedoucího k této jednotce byly zvoleny tak nešťastně, že tlakový gradient mezi těmito místy správnou funkci APU prostě neumožňoval.