Beginselen van het zweefvliegen gaat over de aerodynamica van het zweefvliegen. De krachten die de langsstromende lucht op het vliegtuig uitoefent. Wanneer je de principes van de aerodynamica begrijpt, dan is er minder kans dat je bijvoorbeeld onbedoeld in een vrille terecht komt. 

EASA (European Aviation Safety Agency) schrijft voor dat elke zweefvlieger op de hoogte moet zijn hoe je veilig met een zweefvliegtuig om moet gaan. Je moet weten waar de gebruiksgrenzen liggen en waarom je daar binnen moet blijven.

In de linker kolom zie je de stofomschrijving van EASA. In de rechter kolom zie je, vertaald in het Nederlands, welke onderwerpen je voor dit examenonderdeel moet kennen.

5. PRINCIPLES OF FLIGHT   SAILPLANE 5. Beginselen van het zweefvliegen
5.1. AERODYNAMICS (AIRFLOW) 5.1. Aerodynamica
  5.1.1 De draagkracht
  5.1.2 De liftformule
  5.1.3 De weerstand
5.2. FLIGHT MECHANICS 5.2. Vliegmechanica
5.3. STABILITY 5.3. Stabiliteit
5.4. CONTROL 5.4. Besturingssysteem
5.5. LIMITATIONS (LOAD FACTOR   AND MANOEUVRES) 5.5.Beperkingen    (Belastingfactor en manoeuvreerdiagram)
5.6. STALLING AND SPINNING 5.6. Overtrek en vrille

 

Youtube-filmpje Ultimate freedom over een Schull Gleiter uit 1938.

 

INLEIDING 
Op dit schitterende filmpje zie je een SG-38. Een Schull Gleiter uit 1938. Spanwijdte 10,4 meter en een glijgetal van 8,3 bij 56 km/h. Met 1 km hoogte legt dit toestel 8,3 km af.
 
 
Hierboven zie je het eerste zweefvliegtuig van de Friese Aero Club. Een Grunau Baby. Spanwijdte 13,20 m en een glijgetal van 17 bij 60 km/h. Dit toestel glijdt twee keer zo goed als de SG-38.
 
 
Dit is het nieuwste zweefvliegtuig van de FAC, een DG1001S. Spanwijdte 20 m en een glijgetal van 46 bij 120 km/h. Dit toestel glijdt 5 keer beter dan de SG-38.
 
In de 80 jaar dat het zweefvliegen zich verder heeft ontwikkeld, werd de spanwijdte van zweefvliegtuigen twee keer zo groot, gingen ze twee keer zo snel vliegen en wel vijf keer beter glijden. Dat heeft alles te maken met aerodynamica.  
 

Beginselen van het zweefvliegen (Principles of flight sailplane) is door EASA verdeeld in vijf hoofdstukken. Die indeling wordt hier ook aangehouden. Het gaat in dit hoofdstuk over twee belangrijke onderwerpen:

  • Aerodynamica (stromingsleer) beschrijft de krachten en momenten t.g.v. de omstromende lucht. De belangrijkste onderwerpen zijn: draagkracht (zie: 5.1.1) en weerstand (5.1.3).
  • Vliegmechanica beschrijft de bewegingen van het zweefvliegtuig onder invloed van bovengenoemde krachten. Vliegmechanica wordt onderverdeeld in prestatieleer en vliegeigenschappen (zie 5.2). Prestatieleer gaat over de beweging van het vliegtuigzwaartepunt en vliegeigenschappen gaat over de bewegingen van het vliegtuig om het vliegtuigzwaartepunt.
BEGRIPPEN EN DEFINITIES
 
Aerodynamica Aerodynamica gaat over de beweging van gassen. Met aerodynamica wordt hier de invloed van de bewegende lucht op het zweefvliegtuig bedoeld. De langsstromende lucht oefent krachten en momenten uit op het vliegtuig waardoor het kan vliegen. Kennis van die krachten is noodzakelijk om te begrijpen welke handelingen je wel en niet veilig met een zweefvliegtuig kunt uitvoeren.   
 

Krachten Tijdens een horizontale vlucht met constante snelheid werken er vier krachten op een vliegtuig:

  1. de draagkracht (in het Engels lift) die het vliegtuig in de lucht houdt
  2. de zwaartekracht; de aantrekkingskracht van de aarde
  3. voortstuwingskrachten; de kracht van bijvoorbeeld de propeller of de lierkabel
  4. de weerstand (in het Engels drag)

De lift heft de zwaartekracht op en de propeller heft de weerstand op. Deze krachten worden met pijlen weergegeven.

De lengte van de pijl geeft de grootte van de kracht aan, de stand van de pijl geeft de richting aan en de plaats bepaalt de 'werklijn' waarlangs de kracht werkt. 

Momenten De pijlen geven ook aan dat er krachten worden uitgevoerd op het zwaartepunt. Een uitslag van bijvoorbeeld het hoogteroer geeft een beweging (een moment) om het zwaartepunt.  

Zwaartepunt Het zwaartepunt is het punt van het vliegtuig waarin men zich de totale massa van het vliegtuig geconcentreerd kan denken. Het zwaartepunt is o.a. afhankelijk van het gewicht van de vlieger. Hoe zwaarder de vlieger hoe meer het zwaartepunt naar voren verschuift.  

  

We beschouwen het zwaartepunt als de oorsprong van drie denkbeeldige, loodrecht op elkaar staande assen:

  1. de langsas in de lengterichting van de romp
  2. de dwarsas in de spanwijdterichting en
  3. de topas loodrecht naar beneden door het punt van de twee eerstgenoemde assen. 

Wanneer een zweefvliegtuig uit de vliegtuigkar komt om gemonteerd te worden, dan zie je dat het uit drie essentiële onderdelen bestaat. De romp (1) met het richtingsroer, de vleugels met de rolroeren (2 en 3) en het stabilo met het hoogteroer (4).

Eerst wordt de romp naar buiten gerold, het wiel wordt uitgedaan en de vleugels worden in de romp geschoven. De hoofdbouten houden de beide vleugelhelften bij elkaar. De romp zit daar met pennen tussenin geklemd. Daarna wordt het stabilo geplaatst en wanneer rolroer, hoogteroer en richtingsroer goed aangesloten zijn, dan heb je een vliegtuig waar je mee kunt vliegen. Voordat dat gebeurt worden alle naden met tape afgeplakt en wordt het vliegtuig goed schoongemaakt. Waarom dat nuttig is, dat leer je in dit hoofdstuk.

Spanwijdte De afstand van vleugeltip tot vleugeltip noemen we de spanwijdte. Veel zweefvliegtuigen, zoals de LS4, hebben een spanwijdte van 15 meter. Nieuwere zweefvliegtuigen en tweezitters hebben een grotere spanwijdte soms wel van 30 meter.  

afb. zweefvliegtuig met spanwijdte wortelkoorde tipoorde

Afb.. spanwijdte, wortelkoorde, tipkoorde

Koorde Wanneer je de vleugel van boven bekijkt dan zie je dat de vleugel taps toeloopt. De breedte van de vleugel heet koorde. De koorde bij de romp noemen we de wortelkoorde en de koorde bij de tip is de tipkoorde. De verhouding tussen de spanwijdte en de gemiddelde vleugelkoorde heet de slankheid van de vleugel.  

Een LS4 heeft volgens het handboek een slankheid van 21.4. De spanwijdte is 15 meter, dan is de gemiddelde koorde 70 cm.

   1500 cm   
                                     21.4 =
70 cm

Een DG1000 in de 20 meter versie heeft een slankheid van 22,82. De gemiddelde vleugelkoorde is dan 88 cm.   Profielen De vleugel heeft een afgeronde vleugelneus en een spits toelopende achterrand. De vleugelneus is vrij dik en stevig en de achterrand is dun. Bekijk je de onder- en de bovenkant van de vleugel, dan zie je dat de onderkant vrij vlak is en de bovenkant behoorlijk bol. Een dwarsdoorsnede van een vleugel heet het vleugelprofiel.  

Er zijn verschillende soorten profielen. Vleugels, staartvlakken en roeren hebben vaak verschillende profielen. We verdelen de profielen in symmetrische en asymmetrische profielen.  

 

Elk profiel heeft zijn eigen aerodynamische eigenschappen. In de tekeningen hiernaast zie je een stippellijn lopen van de voorkant naar de achterkant van de profielen. Bij een symmetrisch profiel hebben beide kanten aan weerszijde van deze lijn dezelfde vorm. Het kielvlak met het richtingsroer is hiervan een goed voorbeeld.

Bij asymmetrische profielen is dit niet het geval. De bovenkant is bol en de onderkant is bol, vlak of enigszins hol.   

 

Pijlvorm Bij veel zweefvliegtuigen gaat de voorrand van de vleugel iets naar achteren. De vleugel heeft dan een beetje een pijl-vorm. We spreken van een positieve pijlvorm als de vleugelvoorrand naar achteren wijkt. 

Sommige tweezitters hebben een negatieve pijlvorm. De vleugelvoorrand steekt dan naar voren. 

 

V-stelling Wanneer een vleugel iets schuin omhoog gaat dan spreken we van de V-stelling van de vleugel. Zo'n vliegtuig is stabieler (dit wordt bij 5.3 uitgelegd) en er is meer afstand tussen de tip en de grond in de landing.

  

Instelhoek De langst mogelijke rechte lijn van de achterrand naar de vleugelneus is de koorde. De hoek van de vleugelkoorde met de langsas is de instelhoek. Deze hoek is door de fabrikant ingesteld. Ook het stabilo maakt een hoek met de langsas. Deze instelhoek hoek is kleiner dan de hoek van de vleugelkoorde met de langsas.  

 

De invalshoek  De invalshoek is de hoek van de vleugelkoorde met de luchtstroom. Door de stuurknuppel naar voren of naar achteren te bewegen verandert de invalshoek tijdens een vlucht.

 Vlleugeloppervlak (S) De grootte van het vleugeloppervlak wordt weergegeven door de letter (S). Dit wordt uigelegd bij 5.1.1