Drukpunt en Zwaartepunt

Mits hoog genoeg, gaat het toestel als een dartpijl richting moeder aarde.

Johannes

 

Nee!
Zelfs bij een instelhoekverschil van 0 graden niet.

Uitgangssituatie: vliegtuig beweegt zich horizontaal door de lucht, aanvalshoek op vleugel en stabilo = 0 gr, beide symmetrisch profiel. Geen lift dus!

Het toestel begingt te vallen onder invloed van de zwaartekracht. De zwaartekracht is evenredig met de massaverdeling. Door de zwaartekracht zal het vliegtuig dus in horizontale stand blijven maar wel naar beneden gaan (door de zwaartekracht zal hij dus NIET nose-down gaan draaien).

Door deze neerwaartse beweging verandert de aanvalshoek op vleugel en stabilo en zullen beiden lift gaan leveren. Aangezien het stabilo ver achter het zwaartepunt zit en de vleugel (nagenoeg) in het zwaartepunt, zal de lift van het stabilo het vliegtuig nose-down draaien.
Tevens zal de lucht die de (hoofd)vleugel verlaat naar beneden worden afgebogen (down-wash) (zie mijn post in het draadje "Drukpunt en zwaartepunt). Tegen de tijd dat het stabilo die neerwaarts gerichte luchtstroom bereikt zal deze nog steeds een neergaande beweging hebben. Het stabilo wordt nu dus licht van boven aangestroomd, er ontstaat dus negatieve lift (nose-up). Als het zwaartepunt goed ligt (iets voor het drukpunt van de hoofdvleugel) compenseert die nose-up-lift precies het nose-down-effect van het zwaartepunt. Er onstaat een evenwicht, en je kunt blijven vliegen.

Veel arco-motorkisten en -zwevers hebben dit (symmetrisch profiel aan vleugel en stabilo + 0 instelhoekverschil).
Zo'n kist kan ook alleen maar opstijgen door even up te geven. Heel even moet de hoofdvleugel in een hoek gedwongen worden, daarna houdt de down-wash het aerodynamsche instelhoekverschil in stand.
Met zo'n configuratie kun je dus ook exact even goed normaal, als op z'n kop vliegen. Je moet alleen heel even het proces opstarten.

Gr. Dirk

N.B.
Bij een hoogstaand stabilo op een T-staart werkt dit niet (of nauwelijks) omdat het stabilo zich daar buiten (boven) de down-wash staat.
Ook verklaart dit waarom eenzelfde kist met een T-, kruis-staart, of laagstaand stabilo voor elk een ander instelhoekverschil nodig heeft. Hoe lager het stabilo hoe sterker hij de down-wash voelt, hoe kleiner het geometrische instelhoekverschil.

 

Huh... sorry, hier heb ik wel wat moeite mee.
Als dat waar is dan zou een zwever, desnoods met een niet-symmetrisch profiel, kunnen vliegen met 0º instelhoek. En in mijn ervaring is dat niet zo.
Zoals ik al eerder schreef - vroeger heel veel vliegtuigjes gesneden uit 1,5 mm balsa, en zolang je maar rekening hied met basics als instelhoek en zwaartepunt vlogen ze. Zonder instelhoek vlogen ze echt níet.
Tja, dat een motorkist het wél kan vind ik niet zo'n argument, die kan desnoods zonder vleugel vliegen.

Ik ben het trouwens ook niet eens met je verklaring van het omlaag gaan van de neus; je schrijft De zwaartekracht is evenredig met de massaverdeling.; maar niet evenredig met de oppervlakteverdeling; het zwaartepunt zit op, pakweg, 1/3 van de koorde, plus bovendien nog een stabilo achteraan. Omdat voor een vlak vallend vliegtuig achter meer weerstand zit dan vóór, gaat de neus omlaag.
Maar okee, het netto resultaat is hetzelfde...

 

Zwaartekracht is evenredig.
Dit kan je aantonen in absoluut vacuüm.

Johannes

 

Zwaartekracht wel, maar luchtweerstand niet.
Op de maan zou het opgaan, maar hier hebben we een dampkring.

 

In het begin van het val proces werkt er alleen nog zwaartekracht. De lucht doet nog niets, totdat de aanstroomrichting verandert. Dus in eerste instantie valt hij in dezelfde stand naar beneden (net als in vacuum).
Dan pas begint de lucht zijn invloed uit te oefenen, maar dan is de aanstromingshoek al veranderd.

Dirk.

 

A. er zijn vele kisten die met instelhoekverschil = 0 vliegen. Jij laat je in het ootje nemen door het geometrische instelhoekverschil. Die kun je meten, maar wat van belang is is het aerodynamische aanstroomhoek verschil. Onder welke hoek worden vleugel en stabilo geraakt door de lucht. En agv. de down-wash komt de lucht bij het stabilo meer van boven dan bij de vleugel.
B. een motorkist kan inderdaad vliegen zonder vleugel. Ooit gehoord van een "lifting body"? Elk ding kan lift veroorzaken, mits voldoende snelheid en aanstroomhoek. Ook een romp! Dat doen ze nl. bij meskant vliegen. Maar dat vliegt zo inefficient dat bij een werpzwevertje het verschil met neerstorten niet zichtbaar is ...

Hij valt niet vlak, dat was het uitgangspunt! Hij beweegt horizontaal. Vleugel en stabilo beide aanstromingshoek = 0.
Jij doelt op het windvaan-effect door het stabilo. Maar dat effect (teruggeblazen worden als het afwijkt van de windrichting) gebeurt ook pas ALS er een afwijking tov. de windrichting is. Pas dan ontstaat lift (bij een windwijzer opzij gericht).

Dirk.

 

Dirk,

Mijn symmetrisch toestel stort nog steeds met de neus vooruit richting aarde.

Het zwaartepunt is mijn draaias.

Laat ik het toestel vanuit horizontale toestand vallen, zal onmiddellijk de neus naar beneden duiken.
Het is een krachtenspel tussen lift voor en achter het zwaartepunt.

Trouwens elk symmetrisch vliegtuig gebouwd met instelhoek
exact 0 graden, vliegt horizontaal altijd met een instelhoek.
De instelhoek ontstaat automatisch op het moment dat de piloot iets up trimt.

Alleen als je hard genoeg rondjes om de aarde vliegt hoef je niet meer te trimmen.

Johannes

 

Nee! Echt niet. Ik heb het net van mijzelf, snap het wel, maar kan het kennelijk onvoldoende uitleggen. Heb er toentertijd ook 3x over moeten nadenken.

Allereerst laat ik de kist niet vanuit stilstand vallen, maar het heeft al een voorwaartse snelheid.

Denk aan een motorkist met driewielig onderstel (neuswiel!) staat op de grond exact horizontaal. Motor aan en rijden maar. De lucht raakt de symmetrische profielen met 0 graden, ergo geen lift. Ook niet als je heel erg hard gaat (vervelend aan het einde van de baan).

Nu eventjes up geven. Het stabilo krijgt down-lift, de staart gaan naar beneden, de vleugel wordt onder een hoek aangeblazen en krijgt up-lift, de down-wash van de vleugel blijft het stabilo (licht) van boven aanblazen. Het zwaartepunt zit iets voor het liftpunt van de vleugel, het moment dat daaruit voortvloeit wordt opgeheven door het de negatieve lift aan het stabilo (veroorzaakt door de down-wash van de vleugel).

De piloot hoeft dus alleen initieel up te geven (niet trimmen), daarna houdt het zichzelf in stand. Eea. is wel een heel delicaat evenwicht, dat niet eenvoudig is in te regelen. En zolang het zwaartepunt niet EXACT goed ligt, blijft trimmen noodzakelijk (maar met een iets achterlijk zwaartepunt zou dat ook best down-trim kunnen zijn....

Dirk.

 

Dirk,

Dit is een wetenschapsforum.
Om mij te overtuigen moet je dat met een proef aantonen.

Ik weet nog een windtunnel waar wij terecht kunnen.

Johannes

 

Hmm, ik vind dit niet een leuke kant op gaan.
Ik doe een hoop moeite om middels een logische redenering aan te tonen waarom iets zus of zo werkt. Als er dan simpelweg geantwoord wordt dat je niet te overtuigen bent tenzij ik het met proefjes aantoon, vind ik het wel prachtig ...

Ik ben geen wetenschapper, maar gewoon een goede autodidact. Het is een hobby. Tijd, geld en inzet zijn daar een afspiegeling van. Ik vind dat ik een flinke hoop heb bijgedragen. Als je meer wilt moet je je maar tot het NLR wenden.
Succes.
Dirk.

 

Dirk,

Het spijt me, ik zie dat je mij verkeerd begrijpt.
Jouw uitleg kan ik prima volgen. Het ligt niet aan jou dat ik nog niet overtuigd ben.
Als ik het nog niet me eens ben, wil dat niet zeggen dat jij een foute theorie aandraagt.

Toe ook geen moeite om mij te overtuigen. (zonde van je energie eigenwijs te overtuigen).
Blijf jezelf en deel jouw kennis met alle bezoekers van dit draadje.

Johannes

 

Johannes,

Je hebt een pb-tje.

Dirk.

 

Hé jongens, geen ruzie maken aub!
Ik Dirk, bedankt voor de moeite die je doet alles goed uit te leggen.
Ik heb wel een paar aerodynamica-boekjes gelezen maar dit soort gedachtenexperimenten helpen enorm om het allemaal goed te begrijpen.
Ariel, een beetje prikkelend commentaar af en toe is één ding maar irritant gaan zitten zuigen is een ander

 

Misschien heb ik het mis hoor maar dat je model in 1 lijn doorgaat op het moment dat je hem in die stand hebt moet als het goed is wel kloppen. Mits dan alle instelhoeken 0 graden zijn en je een volsymmetrisch profiel hebt.

Het probleem wat er dus bij komt bij een model zonder aandrijving is snelheidsverlies. Als gevolg daarvan wordt je lift minder en begint hij weer te dalen. Al denk ik dat het in dit geval een stall is. Op het moment dat de neus dan weer naar beneden gaat is er geen tegenwerkende kracht om weer up te geven en zal hij de grond in gaan. Misschien dat hij dan wel weer recht trekt naar verloop van tijd door dat downwash effect maar ik denk dat dit te lang duurt. Zeker voor een klein werp modelletje. Vandaar dat je dus de vleugel of je stabilo wat instelhoek moet geven. Te veel uit zich dan weer in een pompende beweging.

Een model met liftend profiel zie je vaak ook veel vlakker vliegen bij lage snelheid dan een model met volsymmetrisch profiel. Die dus zijn lift alleen behoud door een grote invalshoek.

Ik denk als je draagkracht genoeg is om je model in de lucht te houden met A-symmetrisch profiel op 0 graden invalshoek dat hij inderdaad zo kan vliegen. Echter betwijfel ik of in ons geval de vleugel genoeg lift genereert om onze modellen in de lucht te kunnen houden. Misschien dat dit bij een hele hoge snelheid wel het geval zou kunnen zijn.

Ander vraagje: bv een vlakke plaat. Die zal door een grote invalshoek wat lift leveren (onderdruk aan de bovenzijde door het afbuigen van de luchtstroom over het bovenvlak) maar het grootste deel is toch overdruk aan de onderzijde?

 

In een ander draadje hier op Aerodynamica heeft Alphamax deze link geplaatst naar een simulatie die een vlakke plaat laat zien:
FoilSim II 1.5a beta
Je kan de airfoil veranderen in een vlakke plaat, en dan met de instelhoek spelen, dan zie je wat er gebeurt. Vooral (denk ik) door het verschuiven van het scheidingspunt (dus waar de luchtstroom splitst in boven en onder) is de weg onderdoor wel degelijk korter dan bovenlangs. Zodoende krijg je dus boven toch liftkracht (volgens Bernouilli).

 

Nee! (denk ik).
Ik heb me suf gepiekerd of en hoe ik dat zou kunnen verklaren, maar dat kan ik niet.

Ik heb maar één argument:
ALLE publicaties die iets laten zien over hoe lift ontstaat en hoe die om een profiel verdeeld is zijn zeer consistent in hun grafiekvorm, en die komt neer op wat ik al eerder heb laten zien (kleine verschillen tussen verschillende profielen daargelaten):



De grootte van de pijltjes stelt de lokale druk voor, aan de bovenkant van de vleugel lagere druk, aan de onderkant hogere druk. Je zou een lijn door alle pijlpunten kunnen trekken. De oppervlakte van de ruimte tussen die lijn en de boven-.onderkant van het profiel is dan een maat voor de totale liftkracht die dat profiel aan de onder- resp. bovenkant ondervindt.

En je hoeft niet wetenschappelijk geschoold te zijn om te zien dat de oppervlakte (liftkracht) onder de vleugel VEEL kleiner is dan die aan de bovenzijde.

Nogmaals, waarom het zo assymetrisch is weet ik ook niet.
Maar we mogen wel stellen dat een vleugel meer aan de lucht hangt dan erop rust ...

Dirk.

 

Jij maakt hier de denkfout die iedereen maakt, omdat wij mensen niet in staat zijn te "zien" wat er gebeurt.

Eerst even wat anders. Er bestaat geen model 'zonder aandrijving'. Ook een zwever heeft een aandrijving, die heet zwaarte kracht. Alleen een zwever is erg efficient tov. een motorkist en heeft dus veel minder aandrijving nodig. Ergo, hij daalt langzaam, veel langzamer dan een motorkist.
Ook een F16 kan zweven! Hij heeft een glijhoek van ± 45 gr. En een Boeing 747 kan ook zweven .... met een glijhoek van ongeveer 20 gr. Vergelijk dat eens met de glijhoek van een F3B-kist (4-3 gr) of een bemande zwever (3-1 gr).
Jij denkt dat een zwever horizontaal vliegt, maar dat doet hij niet jouw (en mijn) ogen kunnen die paar graden domweg niet goed waarnemen.

OK. een vliegtuig (motor, zwever, ...) vliegt met een gegeven snelheid horizontaal (je hebt hem voor mijn part met een catapult precies op de goede snelheid afgeschoten). Er is een evenwicht tussen de down-lift van het stabilo en het zwaartepunt dat vóór het liftpunt ligt.

Als gevolg van de weerstand zal de snelheid afnemen, daardoor de lift. Op dat moment begint de hele kist in zijn geheel te zakken, ZONDER te draaien. Ik heb het nu over de eerste milli-/micro-seconde nadat de snelheid onder het niveau is gezakt die nodig is om de kist 100% te dragen.
Daardoor gaat de kist dalen, daardoor gaat de aanvalshoek veranderen (komt nu iets van onderen) de lift wordt daardoor groter, maar de snelheid neemt nog meer af.
Ook de down-lift van het stabilo is minder geworden (door de verminderde down-wash en de lagere snelheid), de zwaartekracht niet. Het krachten evenwicht is er niet meer. De voor het lift-punt aangrijpende zwaartekracht wordt nu niet meer volledig gecompenseerd en de kist zal wat nose-down gaan kantelen. De invalshoek verkleint hierdoor, waardoor de lift afneemt, maar ook de weerstand. Bovendien, omdat de baan nu een beetje naar beneden gericht is, helpt de zwaartekracht een beetje mee. Bij een glijhoek van 10 gr is sin(10gr) x zwaartekracht (= ± 17%) werkzaam in de vliegrichting. Voorwaar best wel iets wat de moeite waard is.
Als je het zwaartepunt heel erg goed legt (ver naar achteren) is de vooroverkracht klein, en dus ook de down-lift aan het stabilo. De krachtverschillen zijn dus klein. Correcties (van de kist zelf) komen dus ook maar geleidelijk. Het schiet dus niet door, er onstaat geen pompende beweging.

Ook als ik een zwever erg uitmelk, zonder te overtrekken, gaat zijn 'staart'ook naar beneden. Dat moet wel langzaam vliegen kan ik alleen als ik de aanvalshoek vergroot. En aangezien de vleugel onder een vaste hoek aan het vliegtuig vast zit, moet ik dus de hele kist draaien om langzamer te vliegen.
Alleen met een symmetrisch profiel moet ik veel met een veel grotere aanvalshoek vliegen om "in onze ogen" langzaam te kunnen vliegen.
Uitzondering: een vliegtuig met vleugelverdraaing als besturing. Daarbij staat het stabilo vast (niet bestuurbaar!) mar kan ik de vleugels draaien. Allebei neus omhoog is 'up'. de romp (en vast verbonden stabilo) verandert (nagenoeg) niet van stand. Hooguit in het beginn als de snelheid nog verandert, want eerst is die nog te hoog voor de nieuwe vleugelstand.

De formule voor lift luidt:

L = 1/2 x Cl x rho x V^2 x S
​

L = de liftkracht
Cl = het liftgetal (afhankelijk van profiel en aanvalshoek)
rho = een constante die geldt voor lucht op een bepaalde hoogte
V^2 = de snelheid in het kwadraat
S = het vleugeloppervlak

Gegeven een bepaalde vleugel, als ik 1,41x zo hard vlieg (wortel(2) ) heb ik 2x zoveel lift.
Stel:
- ik heb een heel sterk dragend profiel die met een liftgetal Cl = 1,3 kan vliegen (erg hoog voor onze modellen, 1 tot 1,2 is reëler)
- ik vervang dat profiel door een symmetrisch profiel met een max. Cl=0,7 (vrij pessimistisch ingeschat, vaak zal 0,8 à 0,9 ook nog haalbaal blijken).

Dan gaat de lift met een factor 0,7/1,3 = 53,8% omlaag.
Aangezien het vliegtuig even zwaar blijft zal de snelheid omhoog moeten.
V^2 moet dus 1,538 maal zo groot zijn.
V wordt dus wortel(1,53 ) = 1,24.
Vlogen we eerst met 10 m/s (36 km/u) dan wordt dat nu 12,4 m/s (44,6 km/u). Niet echt indrukwekkend.

Sterker:
Stel een vliegtuig vliegt met Cl=1,3 10 m/s.
Met welke Cl moet ik dan vliegen voor 100 km/u (27,8 m/s)?

Dat is 2,78x zo hard.
Dus V^2=7,73, dus Cl moet 7,73x zo klein zijn.
Dat is 1,3/7,73 = 0,16!!!

Goed. Dat was ie weer voor nu ...

Gr. Dirk.

 

Ik heb dit draadje een tijdje niet gezien, maar zal me er ook eens in mengen.

Ik geef Dirk gelijk. Een vliegtuig met symmetrisch profiel en instelhoekverschil 0 kan wel degelijk goed vliegen. Het enige 'probleem' is dat het vaak statisch indifferent is, het wil niet uit zichzelf terugkeren naar een bepaalde invalshoek. Als je een stuurinput doet reageert het vliegtuig hierop, en zal vervolgens in die nieuwe stand blijven staan. De meeste vliegtuigen zijn stabiel, die keren uit zichzelf terug naar een uitgetrimde basistoestand. Indifferente vliegtuigen zijn bewust zo gemaakt voor aerobatics programma's. De meeste vliegers zullen een indifferent vliegtuig niet fijn vinden vliegen, voor aerobatics vliegers is het een must.
De theoretische achtergrond hiervan moet je zoeken in de vliegtuigdynamica. Mijn HTS boek daarover heb ik helaas niet meer, en het is te ingewikkeld om even snel te reproduceren. Maar geloof me, het kan echt.

Bart, het feit dat jouw vroegere knutselwerkjes met instelhoekverschil 0 niet vlogen is dat vv modellen altijd stabiel gebouwd moeten zijn, deze moeten uit zichzelf de 'uitgetrimde' stand vasthouden. Een indifferent model kan alleen gevlogen worden dankzij de stuurkunsten van de vlieger.

Dan wil ik weer even hameren op de gebruikte termen. Ik blijf hier enigszins puristisch in.
- invalshoek = hoe waaronder de aanstromende lucht de koorde van de vleugel raakt, ook wel de hoek tussen de koorde en de bewegingsrichting van het vliegtuig.
- instelhoek = hoek tussen de koorde van een vleugel (hoofdvleugel of staartvlak) met een gekozen nullijn van de romp. Elk vlak heeft dus een eigen instelhoek.
- instelhoekverschil = het verschil in instelhoek tussen de hoofdvleugel en het stabilo. Dit hoeverschil is in grote mate bepalend voor de vliegeigenschappen, samen met het zwaartepunt.
Veel mensen hebben het over de instelhoek, waar eigenlijk het instelhoekverschil bedoeld wordt. Dit kan verwarring geven. Je kan vleugel en stabilo een instelhoek van 20 graden geven, dan is het instelhoekverschil toch 0 (met bijbehorende geringe stabiliteit).

 

Waaruit dus blijkt dat het hoekverschil met de romp eigenlijk van geen enkel belang is. Ik weet trouwens nog wel een paar rompen waar het moeilijk zou zijn de as aan te bepalen. (Fauvel?)
Ik heb ooit eens ergens opgepikt (misschien wel fout!) dat de instelhoek de hoek was tussen stabilo en vleugel. Wat de romp verder doet vindt niemand interessant... als je de romp 30º voor- of achterover kantelt kan het nog steeds vliegen, zolang de hoek van stabilo en vleugel maar blijven kloppen.
Ik vind dus eigenlijk dat het een beetje "moeilijk doen" is om de romp erbij te halen... ben ik ook eens eigenwijs.