Dwars-stabiliteit in verband met hoogte zwaartepunt

Dan moet buiten de plaatsing van het kielvlak de rest van het vliegtuig, inclusief het vleugelprofiel wel volledig symmetrisch zijn, anders ben je appelen met peren aan het vergelijken.

Groet,

Ad

 

Dat doet mij er aan denken:
Vroeger gooiden we als er een erg dik pak sneeuw lag en grondstart niet aanbevelenswaardig, de laagdekker modellen gewoon in rugvlucht met handstart op.
In mijn geval was dat een model wat mij verkocht is als een Robbe Puma (maar ik heb dat nooit bevestigd kunnen krijgen d.m.v. foto's o.i.d), in elk geval een model met rechte, ingedekte schuimvleugels, lichte V-stelling en halfsymmetrisch profiel, 1.40 m span, strip-aillerons, 3.5 kilo, 6.5 cc.
Wat ik mij er van herinner, was dat opgooien in rugvlucht eigenlijk totaal onkritisch: licht down houden voor de start, en verder gewoon opsturen. Ik kan mij niet herinneren dat het model tijdens die startmethode een merkbare neiging had om "rechtop" te rollen.

Het is al lang geleden, maar ik herinner me wel dat ik voor de allereerste keer dat ik zo'n start zou doen flink zenuwachtig was, en nadat ik in de lucht was, eigenlijk verbaasd dat het zo simpel bleek te zijn.

EDIT: daar verder over nadenkend: als je met een Robbe Charter in rugvlucht vliegt, moet je toch wel wat sturen om het ding netjes recht op de rug te houden. Ligt dat aan het zwaartepunt wat opeens boven een vleugel met negatieve V-stelling ligt, of word dat veroorzaakt doordat de tipverdraaiing er in die situatie voor zorgt dat nu de tippen eigenlijk altijd het dichtst tegen de overtrek aan zitten?
Of gaat opeens het asymmetrische profiel roet in het eten gooien?


Groet, Bert

 

Ik kan me eigenlijk niet voorstellen dat het richtingsroer een rol van betekenis speelt in de rolstabiliteit. Immers, ailerons maken we het liefst zo ver mogelijk buitenop de vleugel, zo heb je een grotere hefboom. Het richtingsroer zit per definitie dicht tegen de romp aan, heeft weliswaar vaak een vrij groot oppervlak maar een kleine hefboom.
Je merkt niks van een rol-impuls als je alleen rudder stuurt, ook niet met een V-staart.

 

Bert, zie ook mijn reactie op de opmerking van Henri.

Als je het effect van de verandering van een bepaalde parameter wilt onderzoeken, zal je dat moeten doen in een situatie waarbij je alléén die parameter wijzigt. Als je gelijktijdig een hoop aantal ander parameters wijzigt zie je alleen het integrale effect, en kan je het effect van die éne parameter niet meer isoleren.

Groet,

Ad

 

Zie ook het eerste deel van die post: kist met rechte vleugel (dus geen tipverdraaiing), halfsymmetrisch profiel, etc etc, die er in elk geval geen merkbaar probleem mee had.......

Dat is dus precies wat ik impliciet probeer te zeggen: want op zich zou je zonder hier over na te denken, het rugvlucht gedrag van een charter wel eens als het pendule effect kunnen uitleggen.... en we hadden dacht ik al vastgesteld dat het pendule effect niet bestaat.....

Groet, Bert

 

Ik ben verschoond van echt diepgaande kennis op het gebied van vliegtuigen, dus vergeef me als ik domme dingen zeg...
Is het niet zo dat als je V-stelling in een vleugel hebt, uitgaan van een rechte symetrische vleugel zonder pijlstelling,
dat naarmate je verder naar buiten gaat op het werkend profiel dat het aangrijppunt van de lift hoger komt te liggen t.o.v. het dynamisch zwaartepunt.
Wat dan een zelf stabiliserende werking tot gevolg heeft?
Vind het dan ook logisch dat hij wat instabieler is als je hem op zijn rug gooit.

 

Nee, helaas niet: Wat je beschrijft is het pendule effect en vrijwel iedereen denkt gevoels matig dat dat stabiliseert. Maar als je het vliegtuig een hellingshoek geeft, blijft de lift t.o.v. het toestel recht naar boven wijzen, de zwaartekracht blijft echter recht op de wereld gericht.
Echter, aangezien je de een kracht mag verplaatsen in de richting van zijn werking, en deze kracht recht door het zwaartepunt loopt (recht van voren gezien) zal er wat je ook doet, geen arm op treden, hooguit een zijwaartse kracht tengevolge van het hoekverschil tussen zwaartekracht en liftkracht. Die heeft hooguit een afglijden of een bocht tot gevolg, meer niet.
Eventueel kan het afglijden een richtende werking hebben, maar dat is secundair....

Groet, Bert

 

Ok..niet vreemd, wel een beetje dom , juist een van de dingen waar het over gaat dan.
Ik ga vanavond eerst wat dieper inlezen en er eens met mijn vader over bomen, die heeft er ooit wel voor doorgeleerd.

 

Dat is dus niet zo.

Uitgangspunt is rechtdoor vliegend (geen bocht)!

De zwaartekracht grijpt aan in het zwaartepunt.
De lift grijpt aan in de vleugels (bij een hoogdekker dus boven het zw-punt).
Op het moment dat het vliegtuig gekanteld is door een rolbeweging, zijn de aanprijppunten en lift- en zw-punt zijdelings verplaatst tov. elkaar. Gesteld dat de rolverstoring de kist exact om zijn zw-punt heeft laten draaien, dan is de vleugel (igv. een hoogdekker) iets richting lage tip verschoven. Tevens wijst de liftkracht opzij richting lage vleugel, de zw-kracht wijst (gelukkig) nog steeds gewoon naar beneden.

Er gebeuren 2 dingen.
1. De ontbondene die de zw-kracht moet compenseren is niet meer groot genoeg. Ergo: de kist begint te zakken.
2. Er is een opzij gerichte ontbondene (richting lage vleugel) verschenen. Ergo: de kist begint te schuiven richting lage vleugel.

Bij een kist met een rechte vleugel zonder V-stelling zal de zijdelingse beweging geen invloed hebben (ik laat die eerder genoemde effecten door de aanwezigheid van de romp bewust even weg).
Door het tekort aan vertikale lift tov. de zw-kracht zal de kist:
1. gaan zakken, waardoor de aanstroomhoek op de vleugel vergroot en de lift weer gaat toenemen.
2. de neus wat gaan zakken (waardoor die lift weer wat afneemt) waardoor de lift ook een voorwaartse komponent krijgt die als thrust werk (bji zwevers is dat de ENIGE thrust!) en de snelheid toeneemt.

Er zal een nieuw evenwicht ontstaan met licht verhoogde snelheid, en blijvend zijdelingse beweging. We noemen dat een bocht ... ;-)

Bij een kist met een V-stelling vleugel gebeurt initiëel precies het zelfde: de kist gaat zakken en opzij schuiven.
Echter, door de zijdelingse beweging en de V-stelling, wordt de aanstroomhoek van de lage vleugel vergroot, en van de hoge vleugel verkleind. De lift van de lage vleugel neemt dus toe, en de lift van de hoge vleugel neemt af. Er is daardoor dus een herstellend moment.
Je zou ook kunnen stellen dat het aangrijppunt van de lift opzij schuift richting lage vleugel, waardoor de werklijn langs het zw-punt van de kist loopt, met als gevolg hetzlefde herstellende moment.

Door de rolverstoring exact om het zw-punt, is de vleugel (igv. een hoogdekker) iets richting lage tip verschoven (het verguisde pendule-effect). Waardoor het herstellend moment nog vergroot wordt.

Hoe beide herstellende momenten zich qua grootte verhouden weet ik niet. Ik vermoed dat de veranderde lift-krachten veel groter zijn, en het pendule-effect veel kleiner is dan vroeger (ook door mij) vermoed, en mogelijk zelfs kleiner dan wij opmerken tijdens het vliegen.
Maar 'onmerkbaar klein' wil niet zeggen afwezig!

Dirk.

 

Goed uitgelegd.
Mag ik even spijkers op laagwater zoeken...
Er wordt in dit draadje veelvuldig gesproken over "pendule-effect".
Volgens mij bestaat dat woord niet. Het Latijnse woord pendulum betekent slinger. Een pendule is een klok met een slinger.
Taalkundig gezien zouden we moeten spreken van pendulum effect, of pendulair effect.

 

Sorry Dirk: zodra een kracht van richting verandert, is het effect daarvan (wat versnelling aangaat) onmiddelijk, dwz er zit geen tijdsvertraging tussen. Dat houd in dat er onmiddelijk een zijwaartse versnelling optreed, en er dus een "schijnzwaartekracht" ontstaat die weer exact lijnrecht tegenover de lift ligt.....
Het pendule-effect bestaat NIET!

Dat het toestel gaat zakken bij hellingshoek vergroot NIET id invalshoek van de vleugel: het zakken is het gevolg van het feit dat de kist zijdelings wegschuift en dat in combinatie met een hellingshoek levert een naar beneden gerichte baan op, ZONDER effectieve vergroting van de hellingshoek.
De vergroting van de invalshoek tijdens het vliegen van een bocht, is puur en alleen het gevolg van het feit dat de totale waarden van lift en centripetaalkrachten groter word (dat is nodig omdat voor iedere richtingsverandering een extra kracht nodig is, ongeacht om wat voor object het gaat) en je moet als piloot deze invalshoekvergroting ZELF opwekken door het geven van een beetje up. doe je dat niet, dan is er geen evenwicht en word de energie die nodig is om een bocht te kunnen maken onttrokken aan de potentiele energie van het toestel, danwel aan de kinetische energie. Ofwel het kost OF hoogte, OF snelheid. Dat is domweg een natuurwet, die ook geld voor auto's en schepen (al is daar geen hoogte in het spel)

De zijdelingse verplaatsing levert inderdaad een kortdurend terugrollend moment op, echter, zodra deze zijdelingse beweging begint (en dat is weer onmiddelijk) ontstaat er ook een kracht die de neus in de nieuwe vliegrichting wil brengen. Ook deze beweging begint onmiddelijk, echter, de beweging zelf neemt wat tijd, vandaar slechts een kortdurend terugrollend moment.

Geef maar eens met een richtingsroer trainer een "klap" tegen het richtingsroer, zonder verder up te geven. Je zult een aanvankelijke terugrolneiging waarnemen tengevolge van de initiele slip, maar het duurt vrijwel eindeloos voordat het toestel weer exact vlak verder vliegt.

Nog afgezien daarvan: de liftkracht mag dan wel boven het zwaartepunt aangrijpen, constructief is hij altijd in de richting verticaal omhoog t.o.v. vliegtuig. Hij kantelt dus met het vliegtuig mee. Aangezien je een kracht straffeloos in de richting van zijn werklijn heen en weer mag schuiven, mag je deze kracht dus ook verschuiven tot het zwaartepunt. Dan volgt simpelweg, dat welke kanteling je ook uitvoert, er zal NOOIT een arm ontstaan waarlangs deze liftkracht dan wel de zwaartekracht, een moment KAN uitoefenen.
Als nu, net als bij een schip, de liftkracht ook altijd verticaal omhoog zou wijzen, DAN had je gelijk en ontstaat er een richtend moment. Maar bij een vliegtuig is dat niet zo.... Dus nogmaals: het pendule effect bestaat niet!

Verder: bij een hellingshoek ontstaat een zijdelingse beweging. Deze beweging is schuin naar beneden gericht, en dus valt die beweging te ontbinden in een verticale en horizontale component. De verticale component ligt in de richting van de zwaartekracht, en dat betekent dat de zwaartekracht arbeid uit kan oefenen. Dus de snelheid neemt toe. Echter, in een richting, DWARS op de vliegrichting....
Pas als de neus naar de nieuwe vliegrichting toedraait, word dit ook in een voorwaartse snelheid omgezet.

Tevens: het zakken van de neus is NIET het gevolg van het "wegvallen van de lift" want de lift blijft gelijk maar krijgt een andere hoek.... Echter, de zwaartekracht (die de neus naar beneden wil trekken) krijgt ten opzichte van het toestel, exact dezelfde veranderende hoek, en het naar beneden trekkende(in de richting van de cockpitbodem) effect neemt af. Wat overblijft is een ontbonden horizontale component die een bocht in wil leiden.... Het zakken van de neus is puur een gevolg van het feit dat het toestel ten gevolge van de zijdelingse beweging om zijn top-as wil draaien. Echter die top-as staat nu ook schuin, en dus zal bij een draaing om de top-as de neus naar beneden komen. Bewijs voor de laatste stelling: Leg een rolroertrainer met vlakke vleugel scheef, ZONDER up te geven. Compenseer de neiging om de neus in de nieuwe vliegrichting te steken door tegen richtingsroer te geven, en de kist zal keurig met de lengte-as horizontaal, zijdelings afglijden. De neus komt NIET naar beneden door het wegvallen van de lift, het hele toestel komt naar beneden....

Groet, Bert

 

Hoe verklaar jij dan die massa's toestellen zonder ailerons maar met alleen rudder, die toch behoorlijk rap kunnen rollen?

@Ad Bakker:

alle testmodelletjes in dit topic, waren vliegtuigjes met een platte plaat als profiel. Ik had de suggestie van op z'n kop weggooien bij een geprofileerd model ook al gegeven, met de tip om de vleugel er dan op de kop op te zetten

 

Modellen zonder ailerons rollen op een heel andere manier, een rudder uitslag veroorzaakt een slip en als er maar genoeg oversnelheid is wordt dat wel een rol.
Niemand zal toch beweren dat je de rolhoek van een twee-asser primair aanstuurt met het rudder? Secundair, ja, via de bijbehorende V-stelling...

 

Bart Bart ! Hoe kan jij dat nu zeggen ? Je hebt niet eens een staart !

Dit toestel circuleert (letterlijk) op het Internet, een Tupolev 154 M geloof ik, de ailerons en het hoogteroer bleken niet veel meer te doen. Een van de ailerons, de uiterste links stond zelfs een stuk omhoog.

Het resultaat was een soort combi van een fugoid en een Dutch roll, toestel overigens veilig geland (any landing you can walk away from is a good landing zoals ze zeggen).

Gieren (met je richtingsroer kwispelen) = rollen, en andersom. Kan ook een vb geven van de bekende control hits van de 737 waarbij de rudder ineens vol uitsloeg, die rolde letterlijk tegen de vlakte, dus het kan, rollen op het richtingsroer is geen probleem.

Zelfs sturen met alleen rudder met een negatieve V-stelling (als de Tupolevs, of de BAe-146) kan ook.

Video --> let op, de video is een vergelijk, het gaat uitdrukkelijk niet om die Tupolev, maar dat ie alleen (nog)stuurt met z'n rudder !

 

Mee eens, en als we dat begrip nu eens vasthouden (dat met V-stelling een rol secundair via rudder aangestuurd word) dan word het ook al een stuk duidelijker dat stabilo en kielvlak ook uitsluitend secundair invloed op de rolstabiliteit kunnen hebben; een toestel met V-stelling en een te klein kielvlak zal wiebelig reageren op allerlei verstoringen, maar dit komt niet omdat het toestel rol-instabiel is, maar omdat het toestel vanwege dat kleine kielvlak instabiel om de top-as is, en dit zich weer uit in rolbewegingen ten gevolge van momentane slipvlucht-situaties.....

Ik had de indruk al jaren, maar ik krijg meer en meer de indruk dat er qua rolstabiliteit primair hooguit een weerstand tegen standverandering bestaat, maar geen "eigenstabiliteit" in de vorm van na een verstoring weer terugkeren naar de uitgangspositie.

Op zich geloof ik best dat deze eigenstabiliteit voorkomt, maar dan puur als secundair effect, ofwel voortvloeiend uit de vliegbewegingen die ontstaan na een verstoring van de ligging van het toestel (initieel terugrollen t.g.v. zijdelings afglijden, daarna dalende bocht inzetten t.g.v ditzelfde zijdelings afglijden, vervolgens snelheidsverhoging t.g.v. dalende baan die uiteindelijk de neus weer horizontaal brengt).

En als deze eigenstabiliteit puur een secundair effect is, dan is in mijn ogen de plaatsing van het zwaartepunt t.o.v. het aangrijpingspunt van de lift, volledig NIET van belang. Volgens mij is dit ook al redelijk lang aangetoond door sommige laagdekker trainers uit de jaren 70/80 die uitsluitend met richting en hoogte bestuurd werden, met een absoluut niet overdreven V-stelling. Zelfs Cox had in die tijd al een foamie met zo'n 0.8 cc gillertje erop als ik me niet vergis....
Dan is daarmee ook het niet correct zijn van de pendule theorie aangetoond.

of is dit nu weer wat te kort door de bocht?

Groet, Bert

 

Volgens mij is dat een heel aardige samenvatting van dik 300 bijdragen van iedereen.....en precies wat Peter in post #1 stelde

 

Als-ie maar gelijk loopt...

 

Nou... dan zijn we er toch uit?

Groet, Bert

 

Ik denk dat een deel van de verwarring mbt het pendulum-effect, er in zit dat er twee verschillende definities voor zijn. De één verwijst ermee naar het effect van een parachutist onder een parachute, de ander (bv. de FAA) naar aanstroming van de romp (keel effect).

 

1. De versnelling begint iderdaad onmiddelijk. Alleen is dan de zijdelingse snelheid nog nul. Kortom: dan nog geen aerodynamisch effect! Dat komt pas als er een zijdelingse snelheid is.

2. Door de rolverstoringligt de kist x graden scheef. De bewegingsrichting en snelheid zijn nog niet veranderd. De grootte van de lift (gevolg van snelheid en aanstroomhoek) dus ook nog niet.
De richting van de lift is wel veranderd. Het gevolg: de vertikale component van de lift (die de zwaartekracht moet opheffen) is kleiner geworden (gewoon gioniometrisch effect). De zwaartekracht wordt dus niet meer volledig tegengewerkt: de kist (vertikaal!!!) gaat zakken.
Door de andere ontbonden kracht (dwingend horizontaal opzij gericht omdat de schuin staande lift de resultante moet zijn van de vertikale zwaartekracht tegenwerkende component) ontstaat een zijwaartse versnelling gevolgd door een zijwaartse beweging.

Als je hieraan twijfelt moet je je eens afvragen waarom een kist een maximum rolsnelheid heeft. Immers als de aanstromingshoek niet verandert doordat er een nieuwe beweging wordt toegevoegd, zou er sprake zijn van een constante rol-veroorzakende kracht. Een continue versnelling dus. Ik wil de kist wel eens zien die na 10 sec. rol sturen 30x per seconde om zijn as draait.
Nee, door de opgaande beweging aan de ene tip wordt de vleugel steeds meer van boven aangeblazen: de aanstroomhoek wordt negatiever. Bij de dalende vleugel gebeurt precies het omgekeerde. De rolversnelling neemt af.

Ander voorbeeld:
Motorkist met te weinig gas om op hoogte te blijven. Wat gebeurt er? Hij gaat zakken doordat het snelheidstekort een lifttekort veroorzaakt. volgens jou verandert door die zakkende beweging de invalshoek niet, het lifttekort blijft dus, er ontstaat dan een eenpaarig versnelde daling. Gelukkig is de praktijk anders ...

Dirk.