Warum der Schwerpunkt entscheidend ist
Der Schwerpunkt (CG) ist der Punkt, an dem sich das Modell so verhält, als wäre seine gesamte Masse an einer einzigen Stelle vereint. Eine korrekte Schwerpunktlage bestimmt die Längsstabilität, also die Fähigkeit des Modells, nach einer Störung von selbst in den geraden und waagerechten Flug zurückzukehren.
Liegt der Schwerpunkt zu weit vorn, neigt das Modell die Nase stark nach unten, verliert rasch an Höhe und benötigt einen großen Höhenruderausschlag, um den Horizontalflug zu halten. Liegt der Schwerpunkt zu weit hinten, wird das Modell längsinstabil. Schon eine kleine Störung verursacht zunehmende Schwingungen oder ein unkontrolliertes Aufbäumen, das in einem Strömungsabriss endet.
Mittlere aerodynamische Flügeltiefe (MAC)
Die Lage des Schwerpunkts (CG) wird relativ zur mittleren aerodynamischen Flügeltiefe (MAC) angegeben. Die MAC ist eine Bezugstiefe, die die aerodynamischen Eigenschaften der Tragfläche unabhängig von ihrer Grundrissform (rechteckig, trapezförmig, elliptisch) wiedergibt.
Bei einer Rechteckfläche entspricht die MAC der Profilsehne. Bei einer trapezförmigen Fläche wird die MAC grafisch ermittelt oder mit einer Formel berechnet, die Wurzeltiefe, Spitzentiefe und Zuspitzungsverhältnis verwendet.
Eine typische Schwerpunktlage für Segler und Trainer liegt bei 25% bis 33% der MAC, gemessen ab der Vorderkante. 25% der MAC ist eine weiter vorn liegende (sicherere, stabilere) Einstellung, 33% der MAC eine weiter hinten liegende (bessere Leistung, weniger Stabilität). Anfänger sollten bei 25% bis 28% der MAC beginnen.
Längsbalance
Die Längsbalance betrifft die Massenverteilung entlang der Längsachse des Modells (von der Nase zum Heck). Dies ist der zuerst einzustellende Hauptparameter. Ein Verschieben des Schwerpunkts nach vorn erhöht die Längsstabilität, steigert aber auch den induzierten Widerstand (das Modell fliegt mit ausgeschlagenem Höhenruder) und verkürzt die Flugzeit. Ein Verschieben nach hinten verringert den Widerstand und verbessert die Leistung, mindert aber die Stabilitätsreserve.
In der Praxis wird die Längsbalance durch Hinzufügen von Ballast (Blei, Schrot) in Nase oder Heck eingestellt. Eine bessere Lösung ist es, schwere Bauteile (den Akku bei RC, den Motor) umzupositionieren, statt totes Gewicht hinzuzufügen.
Seitliche Balance
Die seitliche Balance betrifft die Massenverteilung entlang der Querachse (von der linken zur rechten Tragfläche). Das Modell sollte waagerecht hängen, wenn es unter dem Rumpf am Schwerpunkt abgestützt wird. Ist eine Fläche schwerer, neigt das Modell dazu, sich zu dieser Seite zu drehen.
Massenunterschiede zwischen den Flächen werden ausgeglichen, indem man Stücke von Bleiklebeband an der Spitze der leichteren Fläche anbringt. Wichtig ist, den Ballast so nah wie möglich an der Spitze anzubringen, weil eine kleinere Masse an einem größeren Hebelarm dieselbe Wirkung hat wie eine größere Masse näher an der Achse.
Methoden zur Überprüfung des Schwerpunkts
Die einfachste Methode ist der Zwei-Finger-Test. Stütze das Modell von unten mit zwei Zeigefingern an dem auf dem Plan markierten Schwerpunkt. Das Modell sollte waagerecht hängen oder leicht mit der Nase nach unten geneigt sein. Kippt das Heck nach unten, liegt der Schwerpunkt zu weit hinten.
Eine genauere Methode ist die Verwendung eines Auswiegestands. Kommerzielle Stände haben verstellbare Auflagen, mit denen sich der Schwerpunkt genau finden lässt. Bei Modellen mit großer Spannweite lohnt es sich, eine einfache Vorrichtung aus zwei senkrechten Leisten und einer Drahtachse zu bauen.
Bei RC-Modellen kannst du den Sturzflugtest durchführen. Bringe das Modell in sicherer Höhe in eine Nase-nach-unten-Lage von etwa 30 bis 45 Grad und lass die Knüppel los. Ein korrekt ausgewogenes Modell sollte sanft aus dem Sturzflug abfangen. Bäumt es sich stark auf, liegt der Schwerpunkt zu weit vorn. Stürzt es weiter oder beginnt es zu schwingen, liegt der Schwerpunkt zu weit hinten.
Warum ein hecklastiges Modell aufbäumt
Ein Modell mit zu weit hinten liegendem Schwerpunkt hat eine zu geringe Längsstabilitätsreserve. In der Flugphysik bedeutet das, dass der Neutralpunkt (der Punkt, an dem eine Änderung des Anstellwinkels kein Nickmoment erzeugt) nahe am Schwerpunkt oder sogar vor ihm liegt.
Trifft ein solches Modell auf eine Bö oder eine kleine Störung, die den Anstellwinkel erhöht, wird der vor dem Schwerpunkt erzeugte zusätzliche Auftrieb nicht ausreichend vom Leitwerk ausgeglichen. Die Nase steigt weiter, der Anstellwinkel wächst, bis die Tragfläche abreißt. Dieser Vorgang verstärkt sich selbst und führt ohne Eingreifen des Piloten (bei RC) oder richtige Trimmung (im Freiflug) zum Verlust des Modells.
Praktische Tipps
Beginne stets mit dem im Plan empfohlenen Schwerpunkt. Gibt der Plan keinen Schwerpunkt an, verwende bei Trainern 28% bis 30% der MAC als Ausgangspunkt. Prüfe nach jeder Änderung (Motorwechsel, Akkuwechsel, geänderte Ausrüstung) das Auswiegen erneut.
Notiere deine Schwerpunkteinstellungen und ihre Wirkung auf den Flug. Ein Trimmprotokoll erlaubt es, schnell zu einer bewährten Konfiguration zurückzukehren. Im Wettbewerb kann eine Schwerpunktverschiebung von 2 bis 3 mm das Verhalten des Modells in der Thermik spürbar verändern.