Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Vliegtuigtechnieken

Dovnload 4.76 Mb.

Vliegtuigtechnieken



Pagina1/2
Datum23.11.2018
Grootte4.76 Mb.

Dovnload 4.76 Mb.
  1   2

Vliegtuigtechnieken:
Wanneer iemand een modelvliegtuig wil bouwen, moet deze vanzelfsprekend eerst de technieken van het vliegen kennen. Voordat er wordt gekeken naar het werkelijk in de lucht houden van een vliegtuig, is het belangrijk om eerst de vier aërodynamische basiskrachten te kennen. Zo spelen liftkracht en drag (= luchtweerstand) op het vliegtuig en gewicht en voortstuwingsvermogen van het vliegtuig een belangrijke rol. Deze krachten zijn hieronder weergegeven in een schematische tekening.


Om een vliegtuig recht en op dezelfde hoogte te houden moet er worden voldaan aan de volgende twee formules:


• Voortstuwingsvermogen = Drag

• Liftkracht = Gewicht


A
A = Liftkracht
B = Voortstuwingsvermogen

C = Gewicht

D = Drag

an de hand van deze formules kan geconcludeerd worden dat het vliegtuig bij een grotere drag en lager voortstuwingsvermogen vaart zal minderen. Andersom zal het vliegtuig sneller gaan vliegen als de voortstuwingsvermogen groter wordt gemaakt dan de drag. Tevens zal het vliegtuig dalen als de liftkracht kleiner is dan het gewicht. De piloot zal meer liftkracht moeten creëren om het vliegtuig weer te laten stijgen.



De liftkracht is het belangrijkste deel van het vliegtuig, aangezien er zonder liftkracht nooit gevlogen zal worden. Als klein kind zijnde wordt er onbewust al geëxperimenteerd met het natuurkundige begrip liftkracht. Veel mensen zullen in hun kinderjaren wel eens een hand uit het raam van een rijdende auto hebben gestoken en hiermee ontdekt hebben dat je weinig kracht voelt op je hand wanneer deze zuiver horizontaal wordt gehouden, echter als de hand aan de kant waar de wind naar toe waait naar beneden wordt gedrukt, is er een sterke opwaartse kracht te voelen. Deze sterke opwaartse kracht wordt de liftkracht genoemd.

De ordinaire verklaring die voor deze liftkracht wordt gegeven, luidt als volgt: de luchtstroom die onder de vleugel wordt geleid, gaat rechtdoor. De luchtstroom die boven de vleugel wordt geleid, wordt afgebogen doordat de vliegtuigvleugel een ronding heeft aan de bovenkant. De luchtstroom boven de vleugel wordt dus als het ware uitgetrokken.
p = F/A
Waarin p de druk is in Pa (of N/m²), F de kracht is in N en A de oppervlakte is in m².
Aangezien de luchtstroom aan de bovenkant wordt uitgetrokken, zal de kracht op de vliegtuigvleugel per vierkante meter afnemen. De oppervlakte van de bovenkant van de vliegtuigvleugel is door de ronding tevens iets groter dan de oppervlakte van de onderkant. Met de formules kan dus afgeleid worden dat de druk aan de bovenkant lager zal zijn dan aan de onderkant. De vliegtuigvleugel wordt hierdoor naar boven gedrukt, wat de liftkracht veroorzaakt.

Maar met deze verklaring kunnen geen nauwkeurige berekeningen worden uitgevoerd. Zo wordt de snelheid van het vliegtuig ten opzichte van de lucht en de dichtheid van de lucht achterwege gelaten. Met behulp van de beginselen van aërodynamica kan een betere verklaring worden gegeven voor het natuurkundige begrip liftkracht en met die verklaring ook een betere benadering worden gedaan die gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld het ontwerpen van een nieuw vliegtuig, het nagaan wat beschadigingen aan een vleugel betekenen voor de overlevingskansen van de inzittenden of wat de optimale snelheid is voor het landen van het desbetreffende vliegtuig.

É
http://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Bernoulli

De Wet van Bernoulli beschrijft het stromingsgedrag van vloeistoffen en gassen, en relateert de drukveranderingen aan hoogte- en snelheidsveranderingen. Het is een wet uit de aero- en hydrodynamica die in de achttiende eeuw werd beschreven door Daniel Bernoulli. Een van de gevolgen van de wet is dat een toename in de snelheid van een vloeistof of gas gepaard gaat met een verlaging van de druk in die vloeistof of dat gas: als lucht met een hogere snelheid aan de ene kant over een vleugelprofiel stroomt dan aan de andere kant, ontstaat een drukverschil dat een kracht op de vleugel zal uitoefenen.

én van de natuurkundige wetten die wordt gebruikt voor deze betere verklaring is de wet van Bernoulli, hieronder nader verklaart:
Door de vorm van de vliegtuigvleugel (de onderkant recht en de bovenkant met een ronding in een druppelvorm) stroomt de lucht aan de bovenkant sneller langs de vleugel dan aan de onderkant. Dus volgens de wet van Bernoulli is de druk aan de bovenkant van de vleugel lager dan aan de onderkant, wat resulteert in een kracht verticaal omhoog. Deze verticale kracht omhoog wordt ook wel de liftkracht genoemd.

Ook de derde wet van Newton komt bij deze betere verklaring om de hoek kijken. Lucht heeft een bepaalde viscositeit. Hierdoor wordt de lucht neerwaarts afgebogen als het langs de bovenkant van de vleugel stroomt. De lucht die neerwaarts wordt afgebogen, drukt als het ware op de lucht die recht onder de vleugel doorgaat. De derde wet van Newton schrijft de formule ‘actie=reactie’ voor. Wanneer de lucht neerwaarts wordt gedrukt, zal er dus een even grote, opwaartse kracht op de vleugel worden uitgeoefend. Deze opwaartse kracht is vanzelfsprekend de liftkracht.



Deze beredenering van de liftkracht leidt tot de volgende formule:

Waarin FL de liftkracht in newton, cL de liftcoëfficiënt, ρ de dichtheid van de lucht in kg/m³, v de luchtsnelheid ten opzichte van de vleugel in m/s en A de vleugeloppervlakte in m² is.


De endogene grootheden van de formule spreken voor zich. Echter, er is één grootheid die nadere uitleg vereist. Dit betreft de grootheid cL, oftewel de liftcoëfficiënt. Deze wordt gebruikt om alle complexe omstandigheden in de formule te verwerken: de vorm van de vliegtuigvleugel, de invalshoek en de vorm van de luchtstroom. Elke vleugel met zijn eigen specifieke vorm, invalshoek en toepassing zal dus ook zijn eigen liftcoëfficiënt hebben. Dit brengt een langdurige experimentele fase met zich mee voor het ontwerpen van een nieuw vliegtuig.
Het voortstuwingsvermogen van een vliegtuig is tevens zeer belangrijk, wat ook uit de formule hierboven is af te leiden. Zonder voortstuwing is er immers te weinig luchtsnelheid ten opzichte van de vleugel om voldoende liftkracht te kunnen produceren. We beperken ons hier tot het voortstuwen door middel van een propeller, aangezien dit voor een modelvliegtuig de meest voorkomende, en ook door ons gebruikte, voortstuwingsmanier is. De propeller zorgt voor de nodige voortstuwingskracht op het vliegtuig waardoor het in beweging komt. Grof gezien is de propeller simpelweg een draaiende mini-vleugel aan een as, verbonden met de motor. Net als de vleugels van een vliegtuig heeft de propeller een golvend oppervlak. Op deze manier wordt de wind het makkelijkst verplaatst. Een ander opvallend gegeven is dat de gehele propeller ook nog eens gedraaid zit als een wokkel. Zodoende dat de snijhoek van de propeller bij het centrum groter is dan aan de randen van de propeller. Dit is omdat de snelheid van de propeller dicht bij het centrum kleiner is dan de snelheid aan de randen van de propeller. Kleinere vliegtuigen zijn veelal uitgerust met een propeller met twee bladen. Grotere vliegtuigen zijn uitgerust met een propeller met drie of vier bladen en een verstelbare snijhoek. Dit mechanisme stelt de piloot in staat om de snijhoek bij te stellen tijdens de vlucht, rekening houdend met de hoogte en snelheid.

De vorm van de propeller is ontstaan uit de ideeën van de gebroeders Wright. Zij wisten dat alle kennis over propellers ontstaan was uit de trial-and-error methode bij marine propellers. De gebroeders Wright kwamen met het gegeven dat de vorm van een propeller gelijk was aan de vorm van een vliegtuigvleugel. Op deze manier konden zij met meetresultaten, uit de windtunnel, een goede basis leggen voor de werking van een propeller. Zij ontdekten dat de snijhoek van een propeller niet overal gelijk was langs het gehele blad. Hierdoor werd dus de wokkelvorm bedacht, waardoor de snijhoek op elk punt van het blad optimaal zou zijn.

De afmetingen van een propeller worden gegeven door de diameter en de spoed. De spoed is de lengte van een kolom lucht die de propeller in één omwenteling verplaatst. Hoe groter de spoed, des te groter zal de voortstuwingskracht zijn. De spoed is volledig onder invloed van de snijhoek van de propeller. Maximale spoed wordt dus bereikt met de optimale snijhoek van een propeller. Die optimale snijhoek kan van tevoren zijn vastgesteld, bijvoorbeeld bij propellers met twee bladen, maar ook zoals al eerder aangegeven, bij propellers met drie of vier bladen tijdens de vlucht worden ingesteld.

De stuwkracht van een propeller wordt beïnvloedt door meerdere factoren dan alleen de spoed. Zo is de straal van de propeller van groot belang, hoe groter de straal, des te groter het oppervlak dat aangepakt kan worden. Ook het toerental is een belangrijke factor. Hoe hoger het toerental, des te meer rotaties per minuut, en dus des te meer lucht er verplaatst wordt per minuut.

De optimale stuwkracht wordt gegeven door: T = π * r² * ρ * p * n

Hierin is r de straal, ρ de dichtheid van lucht, p de spoed en n het toerental.


De efficiëntie van een propeller is in theorie 100% en wordt gegeven door:


Hierin is v de snelheid, d de diameter, p de spoed en n het toerental.



Praktijk leert dat de efficiëntie van een propeller op 80% ligt.
Volgens de formule “Liftkracht = Gewicht” moet de zwaartekracht (Fz) dus even groot zijn als de liftkracht (FL) om een vliegtuig in de lucht te houden. Om op te kunnen stijgen moet de liftkracht groter zijn dan de zwaartekracht van het vliegtuig. Daarom is het belangrijk om een zo laag mogelijk gewicht van het vliegtuig te realiseren, mits de veiligheid wordt gewaarborgd voor de inzittenden. Een kleiner gewicht betekent tevens een lagere brandstofuitstoot, aangezien er minder grote motoren nodig zijn om een lichter toestel de lucht in te krijgen en te houden.
De luchtweerstand moet ook zo laag mogelijk zijn op een vliegtuig. De luchtweerstand is de tegenovergestelde kracht van voorstuwing. De luchtweerstand moet dus zo laag mogelijk zijn. De luchtweerstand hangt onder andere af van de luchtdruk. De luchtdruk is niet overal even groot. De grootte van de luchtdruk en de hoogte zijn omgekeerd evenredig. Dat houdt in dat de luchtdruk lager is, naarmate men hoger in de lucht vliegt. Met onderstaande formule is de luchtdruk te berekenen:

Hierin is p(0) de druk op zeeniveau, p(h) de druk op hoogte h in meters, M de molmassa van de lucht, g de valversnelling, R de algemene gaasconstante (8,3145 Jmol^-1K^-1) en T de absolute temperatuur in K.

De natuurkundige formule voor de luchtweerstand luidt:

Waarin F de weerstandskracht is in N, A de geprojecteerde oppervlakte is in m², Cw de weerstandscoëfficiënt is, ρ de dichtheid van de stof is waarin het voorwerp zich voortbeweegt in kg/m³ en v de snelheid is in m/s.

Voor vliegtuigen kan deze formule worden gebruikt door de geprojecteerde oppervlakte (A) te vereenvoudigen tot de vleugeloppervlakte (S). De dichtheid van de stof wordt vanzelfsprekend de dichtheid van de lucht (ρ), dat hetzelfde is als de luchtdruk. De snelheid (v) wordt verandert in de snelheid ten opzichte van de lucht (V). Om dit te verduidelijken is hieronder deze formule gegeven, met D als de weerstandkracht in N en Cd de weerstandcoëfficiënt:






  1   2


Dovnload 4.76 Mb.