De oudste droom van de mens ! Vliegen zoals een vogel… Het duurde duizenden jaren om te kunnen voldoen aan dit onweerstaanbaar verlangen. Vandaag weten we hoe te vliegen, we weten dat we, net zoals de vogels, vleugels moeten hebben, maar het waarom blijft een groot mysterie. We gaan proberen te begrijpen hoe een vleugel werkt.

Een kwestie van evenwicht

Om een object in de lucht te houden, moet een kracht zijn gewicht in evenwicht houden. Dus, laat ons gewoon een steen nemen en die laten vallen, door de zwaartekracht valt die (oh, hij is sterk … we hadden dat wel verwacht!). Om hem in de lucht te houden, kunnen we er een koord aan bevestigen en het einde van het touw vasthouden. De steen valt niet (Oooooooohhh!). De koord oefent op de steen een kracht uit die het tegengestelde is van zijn gewicht. Men zegt dat er “evenwicht van krachten” is.

Het probleem is dat het moeilijk is om een koord boven een telegeleid apparaat te plaatsen. De vogels hebben dit al lang begrepen en gebruiken vleugels. Laat ons dat ook proberen. Het probleem is, dat indien men een vleugel aan gelijk welk “ding” toevoegt, deze tot niets dient indien men ter plaatse blijft. Opdat een vleugel kracht kan uitoefenen moet die bewegen in een “vloeistof of gas” (in ons geval lucht natuurlijk). Neem de proef op de som in de wagen, steek uw hand uit het raam, u voelt de weerstand van de lucht. Er wordt een kracht uitgeoefend op uw hand. Door uw hand juist te oriënteren, niet volledig plat, wordt ze naar boven en naar achter gedrukt. De hand heeft geen ideale vorm, maar kan toch al een aerodynamische kracht genereren.

Een platte plaat

We gaan een beetje vereenvoudigen en een gewone platte plaat bestuderen in een luchtstroom. Indien de plaat parallel is aan de luchtstroom, dan is de kracht zwak en naar achteren gericht. Dit noemt men aerodynamische nasleep.

Laat ons de plaat lichtjes enkele graden kantelen. Hier zal de kracht naar boven en naar achteren uitgeoefend worden.

Deze is veel groter. Om dit gemakkelijker te begrijpen, kunnen we deze kracht verdelen in twee “componenten”, één parallel aan de luchtstroom (de nasleep) en de andere loodrecht wat we de draagkracht noemen, daar deze de plaat draagt. De initiële kracht die we verdeeld hebben wordt “aerodynamische resultante” genoemd.

Deze kracht (of deze krachten indien we de verdeling nemen) resulteert uit de afwijking dat we opgelegd hebben aan de luchtstroom door deze hindernis die de plaat maakt. De lucht omhult de plaat, maar, door wrijving ontstaat er druk en onderdruk op de wanden van de plaat. Volgens de hellingshoek van de plaat zal de plaats waar de druk of de onderdruk uitgeoefend wordt zich verplaatsen.

Indien men de hellingshoek vergroot, verhoogt de kracht. Maar er is een belangrijke limiet : Boven een bepaalde hoek, kan de luchtstroom de bovenkant van de plaat niet meer volgen en komt ervan los, waardoor krachtige wervelingen ontstaan. Dit vermindert aanzienlijk de draagkracht, terwijl de nasleep fors stijgt. Dit noemt men “het loslaten”.

Een profiel

 We hebben gezien dat de draagkrachten en de nasleep ontstaan door de afwijking dat we opleggen aan de luchtstroom. Sinds het begin van de luchtvaart, hebben de ingenieurs geleerd dat de vorm dat men geeft aan de doorsnee van de vleugel invloed kan hebben op hoe de afwijking gebeurt. We noemen dit het “profiel”.

Deze kan verschillende vormen aannemen, afhankelijk van het voorziene gebruik van het vliegtuig. Dunne symetrische profielen worden gebruikt voor snelle vliegtuigen en holle en dikke profielen voor trage vliegtuigen.

Wat zijn de eigenschappen van een profiel.

-  De voorlijst is het voorste punt van het profiel.

-  De achterlijst is het achterste punt van het profiel.

-  De koord is de lijn die de voorlijst met de achterlijst verbindt.

-  De bovenkant (extrados) is de bovenkant van de vleugel.

-  De onderkant (intrados) is de onderkant van de vleugel.

-  De gemiddelde lijn is het vervolg van de punten die op gelijke afstand liggen tussen boven- en onderkant.

-  De relatieve dikte is de verhouding in percent tussen de maximale dikte van het profiel en de koord.

De meest opvallende elementen zijn de relatieve dikte en de vorm van de gemiddelde lijn. Hoe holler de gemiddelde lijn, hoe meer draagkracht het profiel heeft. Hoe hoger de relatieve dikte is, hoe groter de nasleep van het profiel. Simpel uitgelegd, maar het is een basis !

Er bestaat ook een essentiële parameter bij het vliegen, ttz de hoek tussen de koord van het profiel en de luchtstroom. Deze hoek wordt de aanvalshoek genoemd.

De snelheid

Wij hebben gezien dat er luchtstroom moet zijn rond de vleugel opdat er draagkracht zou zijn. Als men de hand uit het raam van de wagen steekt, is het de motor die de verplaatsing teweegbrengt. Voor ons vliegtuig, zijn er twee mogelijkheden die zich aanbieden :

-  Het vliegtuig heeft een motor (met een schroef of reactiemotor). Deze motor zal een kracht uitoefenen dat het toestel doet voortbewegen. Als het vliegtuig vooruitgaat, wordt op de vleugels en op de rest van de structuur een kracht uitgeoefend die tegengesteld is aan de vooruitgang, dit is terug de nasleep. Deze vermeerdert met de snelheid (nauwkeuriger in functie van de snelheid in het kwadraat). Zo komt er een moment waar de nasleep gelijk wordt aan de motorkracht en de snelheid zich stabiliseert.

-  Een niet-gemotoriseerd zweefvliegtuig. Deze zal zijn gewicht gebruiken om voort te gaan.

Bij het dalen zal een deel van het gewicht gecompenseerd worden door de draagkracht en een ander deel door de nasleep. Zo bekomt men een stabiele snelheid. Maar ja, we blijven niet in de lucht, we zijn aan het dalen. Juist, het is voor die reden dat zweefvliegers opwaartse luchtstromen opzoeken, maar dat zien we verder.

De stabiliteit

Om stabiel te vliegen, moet het evenwicht perfect zijn. Maar we hebben gezegd dat volgens de aanvalshoek van de vleugel, de plaats waar de draagkracht uitgeoefend wordt en de nasleep variëren. Echter, het zwaartepunt van het vliegtuig verandert niet van plaats. Resultaat, de krachten zijn niet gealigneerd en het vliegtuig kan naar voor of naar achter kantelen.

Hiervoor plaatst men een kleine vleugel achter de hoofdvleugel, wat een kleine draagkracht zal creëren, omhoog of omlaag, teneinde het evenwicht te herstellen. In het geval van onze beginnersmodellen, vinden we altijd van voor naar achter :

-      Het gewicht (naar beneden)

-      De draagkracht (naar boven)

-      De evenwichtskracht (naar beneden). Dus, de draagkracht is hier gelijk aan de som van het gewicht plus de evenwichtskracht.

Waarom een roer ?

Ook in het bovenaanzicht is er stabiliteit nodig, daarom plaatst men een vertikaal vleugeltje achteraan, genoemd het roer. Zijn taak is om de romp in de as van de luchtstroom te houden. Indien om welke reden dan ook hiervan afgeweken wordt, zal deze symmetrische vleugel een zijwaartse stuwkracht teweegbrengen die de romp terug in de as brengt.

Er is nog ingewikkelder

U zal me zeggen dat er modellen bestaan met een staartgedeelte vooraan, anderen die geen staartgedeelte hebben (vliegende vleugels). Dit is waar, dit gaat ook, maar hier vallen we ver buiten het kader van het leren vliegen dat gewoonlijk gebeurt met modellen met een klassieke vorm. In alle gevallen, vindt men nochtans hetzelfde evenwicht terug, echter op verschillende wijze bekomen. In het geval van een vliegende vleugel, kan men beschouwen dat een profiel zich als een vleugel kan gedragen en dat het achterste gedeelte de rol van stabilisator aanneemt. Dit wordt bereikt met een speciaal vleugelprofiel, genoemd zelfstabiliserend.

Samenvatting

Om te vliegen, heeft men het volgende nodig :

-      Een vleugel met een aangepast profiel.

-      Snelheid.

-      Een aanvalshoek.

De snelheid en de aanvalshoek gaan direct het evenwicht tussen het gewicht en de draagkracht bepalen. Hoe hoger de snelheid, hoe meer draagkracht. Hoe hoger de aanvalshoek, hoe belangrijker de draagkracht, met een limiet, namelijk “het loslaten”. Te hoge aanvalshoek en de draagkracht valt (het vliegtuig ook).

Bijgevolg, hoe zwaarder het vliegtuig, hoe hoger snelheid en de aanvalshoek om het in de lucht te houden, we zien hier onmiddellijk het voordeel van een licht vliegtuig, hij zal trager kunnen vliegen en aan een lagere aanvalshoek, dus ver van « het loslaten ». En om te beginnen, is traag vliegen makkelijker, dan heeft men tijd om na te denken !

 

De assen van het vliegtuig

Tenslotte, om dit hoofdstuk af te sluiten, zullen we zien rond welke assen een vliegtuig kan draaien

- Als het vliegtuig vertikaal stijgt of daalt, draait het rond de as van de zwaartekracht. (axe de tangage)

- Als het vliegtuig kantelt, draait het rond de rolas. (axe de roulis)

- Indien de neus zich naar links of naar rechts oriënteert, draait het rond de yaw as. (axe de lacet)

Deze rotaties worden bekomen door kleine beweegbare kleppen op de vleugels en op de roeren. Men noemt dit “roer”.

- Op het horizontale staartgedeelte, vinden we het hoogteroer, dat de hoogteschommelingen controleert.

-  Op de vleugels vinden we de rolroeren die de bewegingen rond de rolas controleren.

- Op het vertikale staartgedeelte vinden we het richtingsroer.

Deze beweegbare kleppen wordt aangestuurd door servos, die elektrische commandos van de zender en ontvanger omzetten in mechanische bewegingen.

 

Natuurlijk is dit niet alles !

Wij hebben u getoond wat de basis is om een vliegtuig of een zwever in de lucht te houden, om stabiel en controleerbaar te zijn. We stellen u nog andere artikels over het besturen van een vliegtuig voor zodat u een maximum aan gegevens hebt om uw leerproces te laten slagen.

Blijf trouw aan de MCM blog !