Radiozendinstallatie

14. De invalshoekmeter

Voor het examen instrumenten hoef je dit stuk niet te lezen. Het gaat namelijk over een instrument dat nog niet in zweefvliegtuigen voorkomt, maar er volgens mij wel in thuis hoort. Dat instrument is de invalshoekmeter. Ik probeer hieronder aan te geven waarom ik vind dat dat instrument erbij hoort. Ik beschrijf eerst de gebeurtenis die mij aan het denken heeft gezet.

Het is 29 juli 2002. De FAC is met zomerkamp op zweefvliegveld Lüsse in Duitsland. Bijna elke dag schitterend mooi weer. Op 28 juli maak ik een vlucht van 450 km en op 30 juli één van 400 km. Die beide vluchten ben ik al weer voor een deel vergeten, maar de gebeurtenissen op 29 juli vergeet ik nooit weer. Lüsse is een groot veld en we vliegen daar met meerdere clubs op verschillende startplaatsen. Ik zie die dag twee dingen die ik nog nooit eerder gezien heb en ook nooit weer hoop te zien. Na een vlucht met een DBO-er loop ik terug naar de startplaats. Gewoontegetrouw scan ik, tijdens het teruglopen naar de startplaats, het luchtruim om te zien waar de solisten zitten. Niet ver van het veld draaien een paar van onze zweefvliegtuigen met anderen in een bel. Plotseling maakt een Duitse zweefvliegtuig tijdens het draaien in de thermiek een ongewilde vrille. Hij valt zo'n 100 m. Hij raakt niemand en alles loopt goed af. Tijdens de briefing voor de volgende vlucht zie ik dicht bij ons het loskomen van een thermiekbel met ronddraaiende stukjes gras, hooi en stof. Een omgekeerde draaikolk. Terwijl ik weer verder ga met de briefing stoot de DBO-er mij aan en roept: Kijk...! Ik zie op de andere startplaats een Duitser van een hoogte van 40 meter met de neus recht naar beneden vallen. Nooit weer vergeet ik de klap, de stilte erna en het gezicht van de man. Hij startte veel te steil, had misschien last van de loskomende thermiekbel, viel over een vleugel weg en was op slag dood. Binnen een half uur twee gevallen van te grote invalshoek.

Met interesse volg ik de ontwikkeling van Flarm. Uitgevonden in Zwitserland. Bij bergvliegen gebeuren meer ongelukken dan bij vlakke-land-vliegen. In Zwitserland vliegt iedereen met een Flarm. Flarm waarschuwt niet alleen voor andere zweefvliegers maar heeft ook alle bergtoppen in z'n geheugen. LX speelt daar heel handig op in met de nieuwste LX 7007 pro IGC met Flarm. Flarm kan de veiligheid verhogen, tenminste als zweefvliegers de beperkingen van Flarm, die in de handleiding staan, kennen. Zou de LX-fabriek geen invalshoekmeter kunnen bouwen?

Zweefvliegen is de mooiste sport die er bestaat, maar elk ongeluk is er één te veel. We moeten altijd bezig blijven om onze sport nog veiliger te maken. Ik ken weinig voorbeelden van botsingen met fatale afloop. Meer gevallen van te grote invalshoek gevolgd door een vrille. Motorvliegtuigen hebben een stall warning systeem. Zweefvliegers willen dat niet. Wie op het internet wat googled, komt de DG-site tegen met een goed betoog voor het invoeren van een stall warning systeem in zweefvliegtuigen. Ik wil nog een stap verder gaan, geen stall warning maar nauwkeurige invalshoekmeters.

Mijn zoon Roelof moest dit jaar een practicumwerkstuk maken voor natuurkunde. Hij ontwierp een invalshoekmeter. Hiernaast zie je de meter. Er loopt een draadje naar de laptop en daarop kan hij de invalshoek zichtbaar maken. Ik begrijp het computerprogramma niet, maar krijg tijdens het vliegen al snel door dat zo'n meter niet op de vleugel moet zitten maar een stuk voor de vleugel in de vrije luchtstroming. De meter reageert wel, maar wordt beïnvloedt door de stroming boven de vleugel. Bovendien reageert hij sterk op het openen van de kleppen.

Daarna heeft hij het gedrag van de luchtstroming zichtbaar gemaakt via draadjes op de vleugel. Op het volgende filmpje zie je wat er gebeurt als een vliegtuig overtrekt en vervolgens in een vrille valt, dan krijg je een idee over het verschil tussen laminaire stroming en overtrokken luchtstroming (filmpje Roelof).

Stall warning systemen hoeven niet meer uitgevonden te worden. Die kun je kopen en inbouwen. Ik wil hier een pleidooi houden voor een invalshoekmeter. Of nog liever twee invalshoekmeters. Eén voor de invalshoek voor elke vleugel. Ik hoop dat ik met dit verhaal enkele studenten weet te overtuigen om zo'n project aan te pakken. Zoekend op het internet kwam ik AOA-indicators tegen (angle of attack). In een F-16 komen ze geloof ik ook voor.

Wat zijn de voorden van een invalshoekmeter boven een snelheidsmeter? Daarvoor beschrijf ik eerst even een stukje aerodynamica.

Evenwicht van de lift en het gewicht van het zweefvliegtuig

In de praktijk zeggen we vaak dat de lift evenwicht maakt met het gewicht van het vliegtuig. Voor een juist begrip van de theorie behoren we te zeggen dat R (de totale luchtkracht) evenwicht maakt met het gewicht van het vliegtuig.

Op de afbeelding zie je dat de lift (L) loodrecht op de luchtstroom staat en het gewicht (G) loodrecht naar beneden wijst. W is de weerstand en die staat precies in het verlengde van de luchtstroom. Recht tegenover het gewicht staat R. R is het resultaat van de krachten L en W. Oftewel R is de resulterende luchtkracht op te splitsen in de component lift en de component weerstand. Bij gewoon rechtuitvliegen is de lift (L) bijna net zo groot als de resulterende luchtkracht (R).

Je kunt in dit geval dus zeggen dat de lift ongeveer gelijk is aan het gewicht van het vliegtuig. De grootte van de lift is in hoge mate afhankelijk van de vliegsnelheid en van de invalshoek. Bij normale vliegsnelheid met twee inzittenden vlieg je met een invalshoek van ongeveer 7°. Je vliegt dan met een gunstige verhouding van lift en weerstand. Wat gebeurt er met de invalshoek als er twee lichtere vliegers in zitten of als je solo vliegt in deze tweezitter en je vliegt wel met dezelfde vliegsnelheid? Het toestel is dan lichter geworden. Heb je dezelfde snelheid dan verandert de invalshoek. De invalshoek is nu iets kleiner, want een kleinere invalshoek geeft minder lift en zo ontstaat er weer een evenwicht tussen de lift en het gewicht.

Stel je vliegt in de tweezitter met gewone snelheid en je gaat langzamer vliegen. Wat gebeurt er nu met de invalshoek? De snelheid wordt minder, dat betekent dat de snelheid een kleinere bijdrage aan de lift levert. Dan moet de invalshoek groter worden om meer lift te leveren en weer evenwicht te maken met het gewicht.

Een snelheidsmeter heeft nadelen die een invalshoek meter niet heeft. De snelheidsmeter van dit zweefvliegtuig geeft aan dat je met dit toestel met 95 km/h moet landen (in rustige lucht). Hij geeft niet aan hoe hard je moet landen als er bij een kabelbreuk nog veel water in zit. Ook bij een zweefvliegtuig dat door reparaties zwaarder is geworden klopt de landingssnelheid niet meer. Een invalshoek meter zal automatisch goed aanwijzen. Je moet met een veilige invalshoek landen en ruim uit de zone van de kritische invalshoek blijven. Door proeven te nemen, moet dat vast te stellen zijn.

Laat ik eerst maar eens de voordelen noemen van een invalshoekmeter boven een snelheidsmeter. Een snelheidsmeter geeft globaal aan met welke snelheid je in de thermiek moet vliegen. Een invalshoekmeter kan dat veel preciezer doen. Je moet met zo'n invalshoek vliegen dat je niet met te grote invalshoek vliegt. Vliegen met een te grote invalshoek (te langzaam vliegen) in de thermiek is sowieso niet de optimale thermieksnelheid. Te langzaam, of met te grote invalshoek, levert veel weerstand en niet optimaal stijgen. Een invalshoekmeter geeft bij binnenvliegen van de thermiek direct de invalshoekverandering aan. Hij wijst dus al stijgen aan voordat een vario dit aangeeft. Ook kun je hier direct op reageren door er voor te zorgen dat je met de juiste invalshoek vliegt. Bij thermiekvliegen hoort een optimale invalshoek (een meest gunstige verhouding tussen lift en weerstand). De snelheidsmeter maakt geen verschil voor vliegen met water en zonder water, zware of lichte vlieger, invalshoekverandering bij thermiek binnenvliegen enzovoort. Een invalshoekmeter doet dat wel. In de buurt van de kritische invalshoek (ongeveer 15°) kan dat op zo'n meter duidelijk met rood worden aangegeven. Beter nog, moet ook akoestisch worden weergeven. Een duidelijke signaal voor overtrekgevaar. Een MacCreadyring berekent de juiste steeksnelheid en de juiste snelheid bij een gebied waar de lucht behoorlijk daalt. Bij elke hoeveelheid dalen past een optimale steeksnelheid. Ik denk dat bij elke hoeveelheid dalen een optimale invalshoek berekend kan worden. Zoiets moet een fabrikant van final glide computers toch kunnen berekenen?

Een snelheidsmeter geeft de indicated airspeed aan. Hij meet het verschil tussen de energiedruk en de statische druk en dat geeft hij weer. Misschien kan van een snelheidsmeter wel een invalshoekmeter gemaakt worden. Zo'n invalshoekmeter meet dan de druk tussen de energiedruk en de druk in een gaatje op de vleugel waar de druk toeneemt als de vleugel de kritische invalshoek bereikt. Dus bij de kritische invalshoek staat de opening van dat gaatje zo recht op de luchtstroom dat de druk daar vrijwel gelijk is aan de energiedruk. Neemt de invalshoek af dan neemt daar in dat invalshoekstuwbuisje de druk af. Misschien kun je een nauwkeuriger meting krijgen door een aantal gaatjes in de voorkant van de vleugel. Ik denk dat halverwege het midden van elke vleugel zo'n invalshoekmeting zou moeten komen om het verschil tussen de vleugels duidelijk te maken. Dan wordt nog beter gewaarschuwd voor een vrille.

Hier een voorbeeld van een invalshoekmeter die wel in de vrije luchtstroom staat. Helaas veroorzaakt zo'n instrument veel weerstand. Voor zweefvliegen is dit niet geschikt.

Deze lijkt al een stuk beter. Zo'n digitale meter is gemakkelijk akoestisch te maken. Wie verder op internet rondkijkt, vindt veel sites waar stall warning systemen worden beschreven. Maar de juiste invalshoekmeter voor zweefvliegtuigen heb ik nog niet ontdekt.

Ik hoop dat dit verhaal bijdraagt aan een zinvolle discussie over stall warning systemen in zweefvliegtuigen en een onderzoek naar de voordelen van een nauwkeurige en betrouwbare invalshoekmeter. Tot slot, hoe ziet het optimale instrumentenbord er in de toekomst uit? Krijgen we beeldschermen en komen daar ook invalshoekmeters op? Klik eens op onderstaande links

Websites over dit onderwerp:

Een artikel in Luftsport 3 / 2007

Zelf een eenvoudige invalshoekmeter maken. Lees het artikel over glijhoek gestuurd vliegen.

Datum laatste update 13-06-11