8.1 CONSTRUCTIES

Dit eerste hoofdstuk gaat over de constructie van het zweefvliegtuig, de gebruikte materialen en de samenbouw ervan.

8.1.1 Algemeen

Definitie
Volgens de regelgeving is een zweefvliegtuig “een luchtvaartuig met vaste vleugels, niet zijnde een Touring Motor Glider, zwaarder dan lucht dat hoofzakelijk in de lucht kan worden gehouden door aërodynamische reactiekrachten en waarvan de vrije vlucht niet afhankelijk is van een motor”.

Een zweefvliegtuig met intrekbare hulpmotor uitgevoerd als ‘thuisbrenger’ of zelfs als ‘zelfstarter’ blijft dus een zweefvliegtuig. Het maakt ook niet uit of de hulpmotor een verbrandingsmotor of een elektromotor is. Hoewel geen examenstof, zal in de nabije toekomst in dit document toch enige aandacht worden besteed aan het fenomeen hulpmotor.

Vorm en sterkte
De constructie van (zweef)vliegtuigen is gebaseerd op een vorm welke een maximale draagkracht (lift) opwekt bij een minimale weerstand en welke een zo laag mogelijk gewicht combineert met voldoende sterkte. Afhankelijk van het gewenste gebruik kan de constructeur meer aandacht geven aan de thermiekeigenschappen (langzaam vliegen) of aan de steekeigenschappen (snel vliegen). Bij prestatiezweefvliegtuigen kan het onderstel worden ingetrokken en kan het vleugelprofiel worden aangepast. Ook kan de constructeur rekening houden met de ervaring van de vlieger; een opleidingstweezitter en een overgangstrainer hebben veelal vriendelijker stuureigenschappen hetgeen vaak ten koste gaat van de vliegprestaties. Als laatste wordt vermeld dat er ook zweefvliegtuigen worden gebouwd speciaal voor kunstvliegen.

De sterkte is zodanig gekozen dat de meest voorkomende belastingen kunnen worden opgenomen. In hoofdstuk 8.2 wordt hier nader op ingegaan. Het is van belang dat men de vormgevende en belastingdragende functies van een constructie van elkaar kan scheiden.
Oorspronkelijk werden zweefvliegtuigen gebouwd op basis van een houten en/of metalen geraamte voor de sterkte welke bekleed werd met doek, hout of metaal voor de gewenste (stroomlijn)vorm. Tegenwoordig bestaan zweefvliegtuigen uit een kunststof schaal die plaatselijk wordt versterkt. Kunststof combineert een sterke, lichte constructie met een optimale vorm.

Categorieën en klassen
De meeste zweefvliegtuigen worden in Europa gebouwd en gecertificeerd volgens de luchtwaardigheidseisen van EASA. Deze zijn terug te vinden in CS-22 (Certification Specification nummer 22). Zweefvliegtuigen moeten voldoen aan tal van eisen. Een daarvan is een sterkte-eis. Zweefvliegtuigen voor ‘normaal’ gebruik worden gecertificeerd in de Utility categorie (U). Zweefvliegtuigen waarmee men kunstvluchten wil uitvoeren, moeten gecertificeerd zijn in de Aerobatics categorie (A). Een zweefvliegtuig in de U-categorie is minder zwaar belastbaar dan een zweefvliegtuig uit de A-categorie en kan daardoor niet alle kunstvliegmanoeuvres maken. Zoals gezegd gaat hoofdstuk 8.2 dieper in op de belastingen tijdens het gebruik.

De ‘International Gliding Commission (IGC)’ van de ‘Fédération Aèronautique Internationale (FAI)’ definieert de volgende klasse-indelingen voor wedstrijden:

  • standaardklasse: 15m spanwijdte, waterballast toegestaan, welvingskleppen niet toegestaan;
  • 15m klasse: 15m spanwijdte, waterballast en welvingskleppen toegestaan;
  • 18 m klasse: 18 m spanwijdte, waterballast en welvingskleppen toegestaan;
  • open klasse: geen beperkingen qua spanwijdte, max 850 kg;
  • tweezitterklasse: maximaal 20 m spanwijdte;
  • clubklasse: hierin zijn de oudere, kleinere zweefvliegtuigen verzameld met verschillende prestaties welke middels een handicap met elkaar kunnen worden vergeleken; waterballast is niet toegestaan; 
  • wereldklasse: gereserveerd voor één type zweefvliegtuig; op dit moment de Poolse PW5.

Samenstellende delen
Een zweefvliegtuig bestaat uit de volgende samenstellende delen:

• Vleugel

  • De vleugel is voor het opwekken van draagkracht. De vleugel bestaat uit een afneembaar linker- en rechterdeel welke ter hoogte van de romp aan elkaar én aan de romp is bevestigd. De vleugel herbergt ook een aantal stuurorganen zoals rolroeren, remkleppen en eventueel welvingskleppen. Daarnaast bevinden zich in de vleugels vaak watertanks of waterzakken. De vleugel kan uit meerdere segmenten bestaan: een binnendeel en een buitendeel. Tegenwoordig is vaak aan het buitendeel een opstaande tip bevestigd.

• Staart

  • De staart dient ter verkrijging van stabiliteit om twee van de drie besturingsassen. De staart bestaat uit een verticaal kielvlak en een horizontaal stabilo. Het kielvlak is ten behoeve van de richtingsstabiliteit om de topas; het stabilo is ten behoeve van de langsstabiliteit om de dwarsas. Het stabilo is afneembaar.

• Romp

  • De romp herbergt de vlieger, het onderstel, de startha(a)k(en) en een eventuele motor. Integraal onderdeel van de romp is de staartdrager of staartboom welke de staart op enige afstand van het zwaartepunt plaatst.

• Onderstel

  • Het onderstel vangt de belastingen op tijdens start en landing en vergemakkelijkt het grondtransport. Het onderstel is veelal intrekbaar.

• Roeren

  • De roeren zijn voor de besturing om de drie assen, te weten een hoogteroer voor de beweging om de dwarsas (stampen), een richtingsroer voor beweging om de topas (gieren) en rolroeren voor beweging om de langsas (rollen). 

• Remkleppen

  • Met de remkleppen wordt de glijhoek geregeld en zo nodig voorkomen dat de vliegsnelheid al te grote waarden aanneemt tijdens een duikvlucht. 

• Welvingskleppen

  • De welvingskleppen dienen ter aanpassing van het vleugelprofiel aan hoge en lage vliegsnelheden.

 

 

Figuur 8.1.1 Samenstellende delen (klik op de afbeelding voor een vergroting)

Vakwerkconstructie
De eerste zweefvliegtuigen hadden een dragend geraamte uitgevoerd als vakwerkconstructie. Dit is een constructie bestaande uit houten of metalen latjes, balken, staven en buizen. Deze waren omwille van voldoende sterkte als driehoeken aan elkaar bevestigd door middel van las-, klink-, bout- of lijmverbindingen. Verderop in dit hoofdstuk vind je een kort overzicht van de diverse verbindingsmethoden. Met de vakwerkconstructie lag de grove vorm vast. De uiteindelijke vorm werd gemaakt door het geraamte te bekleden met een niet-meedragende huid in de vorm van geïmpregneerd katoenen doek. Soms werd voor een vloeiender overgang tussen de verschillende onderdelen gebruik gemaakt van houten vloeistukken. Daar waar de vakwerkconstructie extra versterkt moest worden, werd gebruik gemaakt van een houten of metalen beslag of spant.

Schaalconstructie
Halverwege de vorige eeuw is men begonnen de huid mee te laten dragen aan de sterkte. De huid wordt dan uitgevoerd als een schaal. Een schaalconstructie combineert vormvastheid en sterkte in een stijve huidschaal. Een dergelijke constructie is zeer licht en toch sterk (vergelijk met een eierschaal) maar ook kwetsbaar doordat deze bij beschadiging snel aan sterkte verliest. Bij geconcentreerde belastingen zoals aansluitingen van roeren, vleugels en onderstel moet de schaalconstructie plaatselijk worden versterkt. Naast versterking moet de schaalconstructie ook worden verstijfd om plooivorming tegen te gaan. Uiteindelijk ontstaat dan een semi-schaalconstructie bestaande uit een vrijdragende huid met een versterkingen in de vorm van gordingen in lengterichting (langsverstijvers) en open of gesloten spanten of ribben dwars daarop (dwarsverstijvers). In eerste instantie werd deze constructie uitgevoerd in hout en metaal maar tegenwoordig wordt hiervoor kunststof gebruikt. 

 

Figuur 8.1.2 Vakwerk- en schaalconstructie

 

8.1.2 Constructie van de vleugel

Algemeen

De vleugel bestaat uit een linker- en een rechterdeel. Beide delen worden zodanig aan elkaar bevestigd zodat de vleugel één geheel is. In het verleden werden de vleugels ter hoogte van de romp nog ondersteund met vleugelstijlen (Grunau Baby). Tegenwoordig zijn de vleugels vrijdragend. Het deel van de vleugel ter hoogte van de romp heet de wortel, het andere uiteinde is de tip. De wortel is versterkt teneinde de romp eraan te kunnen bevestigen. Verder bevinden zich in de wortel de doorvoeren voor de aansluitingen van roeren en (eventuele) waterkraan. De vleugel kan worden verlengd met opsteektippen voor een grotere slankheid. Ook kan ter verdere reductie van de (geïnduceerde) weerstand een verticaal eindstuk aan de tip worden bevestigd: de zogenaamde winglet.

De weerstand kan nog verder worden verminderd door de spleet tussen vleugel en roeren af te dekken met een plakband welke bekend staat onder de naam ‘Mylar’.

Deze plakband moet niet verward worden met de zigzag vormige plakband achterop de vleugel. De zigzag band forceert een turbulente stroming. Hoewel een turbulente stroming meer weerstand genereert zal deze langer blijven aanliggen en daardoor minder snel loslaten. Zie hiertoe het vak ‘Beginselen van het Zweefvliegen’.

Als laatste worden de muggenwissers genoemd. Dit zijn een soort gekromde trekkers welke tijdens de vlucht heen en weer langs de vleugelvoorrand kunnen worden bewogen teneinde deze te ontdoen van al te veel insectenresten.

Het belangrijkste constructieve deel van de vleugel is de vleugelligger. De ligger is een vrij stijve buigbalk die van tip tot tip loopt. Ter hoogte van de romp zijn de liggers van beide vleugelhelften star aan elkaar bevestigd met een losneembare verbinding: de zogenaamde hoofdbouten. De ligger bevindt zich op circa 1⁄4 van de vleugelvoorrand en moet verschillende krachten kunnen opnemen. Tijdens het vliegen zijn dat het gewicht van, en de luchtkrachten op vleugel én romp. Zie figuur 8.1.3. Soms wordt gebruik gemaakt van zogenaamde hulpliggers welke de hoofdligger ondersteunen in het opnemen van deze belastingen, zie later.

Figuur 8.1.3 In elkaar grijpende vleugelliggers met hoofdbout(en) (klik op de afbeelding voor een vergroting)

De luchtkrachten die op de huid werken worden rechtstreeks of via zogenaamde ribben overgebracht op de ligger. Ribben zijn de in koorderichting geplaatste, versterkte profielen welke de vleugel tevens zijn vorm geven. Zie figuur 8.1.4

Vakwerk vleugelconstructie in hout
De houten vleugel werd in de basis uitgevoerd als een vakwerkconstructie van hout (soms metaal). De vakwerkribben welke aan de ligger zijn bevestigd waren bovendien aan de voorkant en achterkant aan elkaar bevestigd met latten. Op plekken met geconcentreerde belastingen zoals de vleugelvoorrand, de rolroeren en de kleppenkast werd in plaats van vakwerk vaak gebruik gemaakt van een triplex lijfplaat. Zo ontstonden respectievelijk de
D-vormige torsieneus en de volwandrib. De meest in het oog springende volwandrib is die aan de vleugelwortel. Naast de uitstekende liggerstompen bevinden zich hier ook de paspennen voor de rompbevestiging, zie figuur 8.1.4. De ligger zelf bestond uit een boven- en ondergording verbonden door twee triplex lijfplaten. Dit werd een doosligger genoemd. Het geheel werd omspannen met geïmpregneerd katoenen doek dat tijdens het droogproces zichzelf straktrekt.

De roeren van de houten vleugel zijn net als de vleugel zelf gemaakt van een houten vakwerkconstructie bespannen met doek. De remkleppen zijn gemaakt van triplex. 

Figuur 8.1.4 Constructie houten vleugel (klik op de afbeelding voor een vergroting)

Semi-schaal vleugelconstructie in kunststof
De semi-schaal vleugel kan in hout, metaal of kunststof worden uitgevoerd. Deze beschrijving gaat over de kunststof vleugel. Ook bij een kunststof vleugel zijn altijd versterkingen nodig in de vorm van een ligger en ribben. Het aantal ribben is echter wel minder dan bij de houten vleugel in verband met de stijve en daardoor vormvaste huid welke zelf ook krachten kan opnemen en doorvoeren naar de ligger. De huid en eventuele ribben zijn gemaakt van glasvezellaminaat (zie later) uitgevoerd als sandwich (zie later); in het begin kwam men nog wel eens houten ribben tegen. De ligger in spanwijdterichting maakt de vleugel enigszins buigstijf. Net als bij de houten vleugel bestaat de ligger uit één of meer lijfplaten met een boven- en ondergording. De lijfplaten zijn gemaakt als sandwich. De gordingen zijn gemaakt van strengen evenwijdige vezels. Voor de liggers wordt steeds vaker koolstof of aramide gebruikt. Net als op de wortelrib, bevinden zich op de uitstekende liggerstompen ook paspennen voor de juiste bevestiging van de beide vleugelhelften aan elkaar.
De roeren van de kunststof vleugel zijn in principe op dezelfde wijze opgebouwd als de vleugel. De remkleppen zijn gemaakt van metaal.


Figuur 8.1.5 Constructie kunststof vleugel

Watertanks
De meeste kunststof zweefvliegtuigen beschikken in beide vleugelhelften over een flexibele rubberen zak welke gevuld kan worden met water. Hiermee wordt de vleugelbelasting verhoogd waardoor het maximale glijgetal wordt bereikt bij een hogere snelheid. Bovendien zullen de zwaardere vleugels minder last hebben van turbulentie bij snel (helling)vliegen. Het nadeel van water is dat het vliegtuig zwaarder wordt waardoor de overtreksnelheid toeneemt en het vliegtuig minder makkelijk in de thermiek klimt. Meer hierover bij het vak ‘Vliegprestaties en Vluchtplanning’.
Het constructieve nadeel van het meevoeren van water is de kans op schade bij temperaturen onder nul en bij een slecht uitgevoerde landing. Indien water bevriest zet het uit en kan tank en leidingen doen barsten. Om die reden is een buitenluchttemperatuurmeter vereist. Bij een harde landing zal de vleugel door massatraagheid te ver doorbuigen met kans op breuk. Daarom moet het water tijdens de vlucht geloosd kunnen worden. Hiertoe bevinden zich in de vleugel kranen welke vanuit de cockpit worden bediend. Men dient rekening te houden met enkele minuten loostijd. Het vullen van de tanks gebeurt via een vulaansluiting onder of boven de tank.

Sommige zweefvliegtuigen beschikken ook over een watertank in de staart. Met staartwater kan een eventuele voorlijke zwaartepuntligging als gevolg van vleugelwater worden gecompenseerd. In het geval van het lozen van water is het belangrijk dat eerst het staartwater wordt geloosd en pas daarna het vleugelwater daar anders het zwaartepunt te ver naar achteren zou kunnen verschuiven. De constructeur heeft hiertoe de hendel van de staartkraan over die van de vleugelkranen gelegd. Meer over de effecten van water op de zwaartepuntligging in hoofdstuk 8.4 Gewicht en Balans.


8.1.3 Constructie van de romp
Algemeen
De romp is aan de vleugel bevestigd met paspennen in de vorm van een zogenaamde pen-gat verbinding. De ietwat taps gevormde paspennen in de wortelribben van beide vleugelhelften bevinden zich dan in gelagerde gaten in de romp (zie figuur 8.1.3). Op deze wijze worden tijdens de vlucht de rompkrachten doorgeleid naar de vleugel. De pen-gat verbinding wordt dus aanzienlijk belast. In de vleugel worden deze krachten via een volwand wortelrib doorgeleid naar de ligger. In de romp gebeurt iets soortgelijks. Hiervoor wordt een spant gebruikt. Een spant is net als een rib dwars op de lengterichting geplaatst en kan net als een rib open of gesloten zijn. De uiteindelijke romp is om dit/deze spant(en) heen gebouwd. De romp is verder voorzien van versterkingen in lengterichting (gordingen) om de cockpit- en staartkrachten op te vangen dan wel door te leiden. Tevens worden hiermee de krachten op het onderstel (hoofdstuk 8.3) en starthaken (hoofdstuk 8.5) opgevangen en doorgeleid.

Cockpit
De cockpit beslaat het gehele voorste deel van de romp. De cockpit is de plek waar de vlieger zich bevindt met in de directe nabijheid alle instrumenten en bedieningsorganen. De vlieger zit/ligt in een min of meer ergonomisch gevormde kuip waarvan de zitting en/of rugleuning steeds vaker instelbaar is voor de perfecte pasvorm. Aan de kuip zijn vier in lengte verstelbare riemen bevestigd (twee heup, twee schouder). Categorie-A vliegtuigen hebben daarnaast een extra, vijfde riem tussen de benen. De riemen moeten in één beweging geopend kunnen worden. Een andere veiligheidsmaatregel is de aanwezigheid van een hoofdsteun. Voor het automatisch openen van een eventuele parachute na het uitstappen is vaak een (rood gekleurde) metalen ring (oog) bevestigd waaraan de ‘ripcord’ van de parachute kan worden bevestigd. Achterin de cockpit is veelal een klein bagagecompartiment aanwezig met een maximale capaciteit qua gewicht. Soms is er ook ruimte voor het installeren van een zuurstoffles. De cockpit is voorzien van een regelbare ventilatieopening welke frisse lucht van buiten uit de neus haalt. Voor het beïnvloeden van de zwaartepuntligging hebben de meeste cockpits een mogelijkheid tot het installeren van loodblokjes in de neus. De cockpit wordt afgedicht met een aerodynamisch gevormde kap, zie hierna.

Cockpitkap
De eerste zweefvliegtuigen hadden een open cockpit met hooguit een transparant windscherm. Pas later ontstond in verband met de hogere vliegsnelheden en de verbeterde stroomlijnvorm de gesloten cockpit. Deze werd afgedicht met een transparante kunststof kap in een metalen of kunststof frame. De kap is gemaakt van plexiglas. Plexiglas kan in elke gewenste vorm worden gemaakt maar is zeer kras- en scheurgevoelig, vooral bij het raampje. Men dient hier bij het gebruik van de kap dan ook rekening te houden: Pak de kap altijd beet bij het frame en steek nooit de hand door het open raampje om van buitenaf de ontkoppelhaak te bedienen. Gebruik de kaphoes om de kap te beschermen tegen te veel zonnewarmte welke de kap kan doen uitzetten waardoor deze moeilijker is te bedienen. Maak de kap alleen schoon met schoon water en een schone, krasvrije spons of doek.

De kap is voorzien van een ventilatieraampje. Het raampje kan, nadat het aan de handgreep naar binnen is getrokken, naar achteren toe open schuiven. In het raampje zit tegenwoordig een kantelbaar klepje welke, zonder dat het raampje geopend is, een verkoelende luchtstroming van buiten naar binnen leidt.
De moderne kap heeft een scharnier ten behoeve van openen en sluiten. De kap die in zijwaartse richting (meestal naar rechts) opent is voorzien van een koord welke voorkomt dat de kap te ver opent. De kap die in voor-of achterwaartse richting opent is voorzien van een gasveer. Aan de andere kant van de kap is een vergrendelingsmechanisme aangebracht. Dit is een constructie met pennen of haken welke de kap dicht houden. Dit mechanisme wordt bediend met een wit (soms zwart of rood) gekleurde hendel.

In het geval de cockpit tijdens de vlucht moet worden verlaten, dient de kap in zijn geheel van het vliegtuig te worden losgemaakt. Gebruik hiervoor, naast de normale witte hendel(s), tevens de rode noodafwerphendel. De kap komt nu los van het scharnier met eventueel koord en kan worden weggeduwd. Bij sommige zweefvliegtuigen wordt de kap reeds op de normale wijze ver- en ontgrendeld met een rood gekleurde knop. In geval van nood wordt deze knop ook bediend waarbij de geopende kap door de kracht van de luchtstroming uit zijn scharnier scheurt.

Kappen kunnen voorzien zijn van zogenaamde prikkeldraadstangen. Dit is een metalen frame dat aan de binnenzijde van de kap is bevestigd. De prikkeldraadstangen moeten voorkomen dat bij een (buiten)landing een eventuele draadafrastering de cockpit kan binnendringen en voor zwaar letsel kan zorgen. Vroeger waren prikkeldraadstangen verplicht in Nederlands geregistreerde zweefvliegtuigen. Met de invoering van EU-luchtwaardigheidseisen is deze verplichting komen te vervallen.

Voor een buitenstaander is het piefje of wollen draadje het meest in het oog springende deel van de kap. Het draadje heeft een lengte van 10-15 cm en wordt met afplaktape midden voor op de kap bevestigd. Het is het meest simpele en betrouwbare instrument dat aangeeft of er gecoördineerd wordt gevlogen.
 

Figuur 8.1.6 foto/tekening cockpit met alle benoemde onderdelen

Staartboom
De staartboom of staartdrager houdt de staartvlakken op enige afstand van de vleugel waardoor het effect van hoogteroer en richtingsroer groter is. In de staartboom kan een antenne worden geplaatst evenals drukopnemers voor instrumenten (hoofdstuk 8.6). Verder herbergt het voorste deel van de staartboom tegenwoordig steeds vaker een uitklapbare motor met propeller welke scharnierend aan de romp is bevestigd.
Vakwerk rompconstructie in metaal
De vakwerkromp werd uitgevoerd in hout of metaal. Net als de vleugelneus werd ook de rompneus van een vakwerk romp bekleed met hout; de rest met doek. De metalen vakwerkromp had net achter het hoofdwiel een zwak punt. Bij een te harde landing wilde de constructie daar nog wel eens stuiken waardoor de staart als een soort banaan aan de romp kwam te hangen.
Semi-schaal rompconstructie in kunststof
De schaalromp kan gemaakt zijn van hout, metaal of kunststof. De kunststof romp is uitgevoerd als een semi-schaal constructie. Cockpit en neus zijn vaak extra versterkt ter bescherming van de vlieger. Om de puntlasten van wiel en starthaak door te leiden naar het vleugelbeslag wordt nog wel eens gebruik gemaakt van een stalen geraamte.

Figuur 8.1 7 Vakwerk- en (semi-) schaalromp

8.1.4 Constructie van de staart
Algemeen
De constructie van het verticale en horizontale staartvlak kan worden vergeleken met die van de vleugel. Bij een hoog geplaatst horizontaal stabilo (de T-staart) moet het kielvlak (verticale stabilo) sterker zijn dan bij een laag geplaatst horizontaal stabilo. Het extra gewicht dat daarvoor nodig is compenseert ruimschoots de lagere luchtweerstand, de simpeler constructie en de lagere kans op schade bij buitenlandingen in hoog gewas. De bevestiging van het afneembare horizontale stabilo op het kielvlak geschiedt met twee paspennen en een derde opsluitbout met meestal een automatische roeraansluiting van het hoogteroer. Bij een niet-automatische aansluiting van het hoogteroer wordt eerst het hoogteroer aangesloten en pas daarna het stabilo in positie gebracht welke vervolgens wordt vastgedraaid met een bout, moer of met een verende pen.

Op het kielvlak kunnen drukopnemers voor de snelheids- en variometer worden geplaatst. Zie hoofdstuk 8.6 Instrumenten.

Figuur 8.1.8 Horizontaal stabilo met driepuntsbevestiging

Vakwerk staartconstructie
De staart uitgevoerd in vakwerk had nog vaak een laag geplaatst horizontaal stabilo. Dit stabilo werd met een dubbele pen-gat verbinding en een opsluitbout bevestigd aan de staartboom. Het hoogteroer en eventueel trimvlak werden daarna aangesloten. De constructie van het hoogteroer volgt die van het stabilo en dus die van de vleugel. Het trimvlakje was vaak in zijn geheel uit triplex (zie later) gevormd.

Semi-schaal staartconstructie
Bij de semi-schaal constructie is het verticale stabilo (kielvlak) geïntegreerd in de constructie van de staart. Dus ook hier volglas of sandwich. Kielvlak en stabilo zijn verstevigd met één of meer liggers en enkele ribben. De eerste semi-schaalconstructies hadden nog een laag geplaatst horizontaal stabilo. Er zijn toepassingen geweest in de vorm van een gesimplificeerde en aerodynamisch betere constructie waarbij stabilo en hoogteroer werden gecombineerd tot één beweegbaar stuurvlak: het zogenaamde pendelhoogteroer (houten K-6, kunststof Cirrus). De minder prettige stuurkarakteristieken hebben er toe geleid dat tegenwoordig het stabilo weer vast is en het hoogteroer beweegbaar. Bovendien bevindt het stabilo zich tegenwoordig bovenop het kielvlak. De roeren zijn ook hier uitgevoerd als sandwich. De hoogteroertrim is bij de moderne constructies uitgevoerd als een instelbare veer op de stuurknuppel in plaats van een apart trimvlakje achter op het hoogteroer. Meer informatie hierover in hoofdstuk 8.5 over bedieningsorganen.

In het kielvlak van een modern zweefvliegtuig kan men tegenwoordig naast de stuurstangen voor het hoogteroer ook nog een antenne voor de radio, een staartaccu voor extra elektriciteit en een watertank en/of loodhouder voor zwaartepunt beïnvloeding tegenkomen.


8.1.5 Materialen en eigenschappen
Hout
Hout is er in vele soorten. Hout is door de eeuwen heen een ideaal constructiemiddel gebleken. Het is licht, sterk, elastisch, makkelijk verkrijgbaar, duurzaam en makkelijk te bewerken zonder al te veel investeringen. Natuurlijk hout bestaat uit vezels welke in lengterichting zeer treksterk zijn. Bij drukkrachten bestaat de neiging om te knikken. Indien hout in meerdere richtingen sterk moet zijn, wordt gebruik gemaakt van verschillende dunne laagjes hout welke op elkaar worden gelijmd en waarvan de vezelrichting haaks op elkaar staat. Zo ontstaat triplex (drie lagen) of multiplex (meer dan drie lagen). Het werken met hout is echter arbeidsintensief en onderhoudsintensief.

Metaal
Metaal is net als hout een natuurproduct. Er zijn vele soorten metaal. Het meest bekende metaal is ijzer. IJzer is sterk maar door aan ijzer een klein deel koolstof toe te voegen ontstaat het nog sterkere staal. Nog sterker dan staal is titanium dat bovendien lichter is maar wel veel duurder en wordt daardoor in zweefvliegtuigen niet toegepast. Andere veel gebruikte metalen in de luchtvaart zijn aluminium en magnesium. Door aluminium te legeren (vermengen) met koper ontstaat Dural. Dural combineert een relatief laag gewicht met voldoende sterkte en elasticiteit en is daardoor geschikt voor romp, vleugel en staartvlakken. Magnesium daarentegen is bros en stijf en wordt vooral gebruikt voor delen die weinig buigen en toch licht en sterk moeten zijn zoals spanten en ophangbeslagen. Anders dan hout bestaat metaal niet uit vezels. Het kan daardoor zijn dat de treksterkte van een stuk hout groter is dan van een stuk metaal van dezelfde afmetingen. Daar staat tegenover dat metaal in alle richtingen dezelfde treksterke heeft. Metaal is daardoor, ondanks het hogere gewicht, sterker dan hout. Metaal is wel weer lastiger te verwerken dan hout.

Een ander nadeel van metaal is het ontstaan van vermoeiingsscheuren. Hoe groter de belasting of hoe vaker de belasting wisselt, hoe eerder het metaal zal breken. Vergelijk met een paperclip die vaak heen en weer wordt gebogen en uiteindelijk breekt.

Kunststof
Kunststof wordt steeds vaker toegepast in de vliegtuigbouw in verband met de gunstige sterkte- gewicht verhouding en de gunstiger corrosie-eigenschappen (zie hoofdstuk 8.2). In tegenstelling tot hout en metaal is kunststof een synthetisch product.

Kunststof wordt toegepast in de vorm van vezels welke in evenwijdige banen (strengen of rovings) worden gelegd of tot een doek worden geweven. De vezels worden vervolgens in kunsthars (epoxy) gedrenkt dat vervolgens uithardt. Deze constructie is enigszins te vergelijken met gewapend beton waarbij het uitgeharde beton zijn uiteindelijke sterkte dankt aan een gevlochten ijzeren mat. Het grote voordeel van deze constructie is dat de gewenste sterkte in elke vorm gemaakt kan worden.

De toegepaste vezels zijn gemaakt van glas, koolstof of aramide. Glas is het meest elastisch; koolstof is het meest stijf. Aramide is het best bestand tegen slagschade door puntbelastingen. Aramide staat ook wel bekend onder de naam Kevlar welke bekend is van de kogelwerende deuren en vesten. De specifieke sterkte (sterkte-gewicht verhouding) van koolstof en aramide zijn beter is dan die van glas.

Kunststof vezels (kunstvezels) hebben zo goed als geen last van vermoeiing. Wel kunnen er ten gevolge van zeer hoge belastingen scheurtjes ontstaan in de hars welke de kunststof versterkte vezel verzwakken.

Door meerdere lagen doek met hars op elkaar te lijmen ontstaat een laminaat. Het grote voordeel hiervan is dat door de keuze van de vezelrichting elke gewenste sterkte in elke gewenste richting kan worden bereikt.

Ook al is laminaat sterk, het is nog te slap om vervorming tegen te gaan. Daartoe dient het laminaat dikker te worden gemaakt maar dat gaat ten koste van het gewicht. Om gewicht te besparen kan een voldoende sterkte en stijfheid ook worden bereikt door twee dunne lagen laminaat op te vullen met een zeer licht vulmateriaal zoals balsahout, honingraat of schuim. Dit heet een sandwich constructie.

Figuur 8.1.9 Kunststof bouwwijze

Na de ruwbouw van de met vezel versterkte kunststof wordt een beschermende gladde, witte laklaag of gelcoat aangebracht. Deze laag moet de constructie beschermen tegen de weersinvloeden en de luchtweerstand verder minimaliseren. Kunststof is namelijk gevoelig voor UV-licht, vocht en temperatuurwisselingen. Te hoge temperaturen (boven 50 graden Celsius) maken de kunststof te elastisch waardoor deze te slap en dus minder sterk wordt. Te lage temperaturen maken de kunststof uist stijf waardoor de kans op scheurvorming toeneemt. De gelcoat is zelf ook een kunststof en moet dus op zijn beurt ook weer beschermd worden tegen het weer. Ter voorkoming van hoge temperaturen worden de kunststof zweefvliegtuigen wit gehouden omdat wit het zonlicht het best reflecteert. Alleen de minder belaste delen kunnen worden voorzien van een kleurmarkering. Regelmatig schoonmaken en poetsen met een beschermende waslaag verlengt de levensduur aanzienlijk.

Verkleuringen in kunststof duiden op eerder uitgevoerde reparaties of delaminatie. Bij delaminatie laten de afzonderlijke laagjes van het laminaat los. Dit kan worden herkend door op en naast de verkleurde plek te kloppen en te luisteren naar de verandering van het geluid.

Kleine barstjes of scheurtjes in de gelcoat (krakelee) zijn niet echt kritisch zolang men de kist regelmatig in de was zet. Als vocht de kans krijgt door de microscheuren heen in het vezelmateriaal te komen, dan kan dit bij temperaturen onder nul leiden tot scheurvorming en een fors verlies aan sterkte.

Samenvattend
Van alle genoemde materialen is kunststof het meest ideale constructiemateriaal. De sterkte-gewicht verhouding is hoog, het kan tot elke gewenste vorm worden verwerkt en het heeft niet direct last van corrosie of vermoeiing. Reparaties, hoewel arbeidsintensief, zijn relatief makkelijk uit te voeren.

8.1.6 Soorten verbindingsmethoden
Men spreekt over permanente en semi-permanente verbindingen. Permanente verbindingen hoeven na samenbouw niet meer te worden losgenomen, semi-permanente verbindingen wél.

Lassen
Lassen is het onder hoge temperatuur aanbrengen van een permanente verbinding tussen twee metalen onderdelen in de vorm van een lasnaad. Stalen vakwerkconstructies werden meestal gelast. Tegenwoordig vindt men nog weleens een gelast buizenframe ten behoeve van de bevestiging van het onderstel.

Lijmen
Met lijm worden twee materialen aan elkaar vast geplakt. Tegenwoordig wordt gebruik gemaakt van twee-componentenlijm. Aan de lijm wordt een harder toegevoegd waarna de lijm uithardt en de verbinding permanent is. Het uitharden van de lijm wordt bespoedigd door warmte en druk. De moderne kunststof constructies zijn alle verlijmd.

Pennen
Een pen is een ronde, soms taps toelopende, metalen staaf welke gebruikt wordt om twee delen, al dan niet scharnierend, aan elkaar te bevestigen en weer te kunnen losnemen. Denk hierbij aan de pen- gat verbindingen tussen de verschillende draagvlakken en romp. Ook de tegenwoordige hoofdbouten zijn eigenlijk pen-verbindingen.

Klinken
Klinken is het onder hoge druk permanent vervormen van een metalen pen (klinknagel) welke door een gat in beide aan elkaar te bevestigen onderdelen is gestoken. De klinknagel heeft aan één kant een kop. Door deze kop tegen te houden en er aan de andere kant tegen aan te hameren wordt het uiteinde vervormt en is de verbinding permanent. De metalen huidplaten van de semi- schaalconstructie werden middels klinknagels bevestigd. Tegenwoordig wordt klinken nog sporadisch toegepast. Men wil nog weleens variant van de klinknagel tegenkomen bij de bevestiging van de metalen scharnieren van de kunststof wieldeurtjes.

Bouten
Een bout is een metalen pen met daarop een fijne, uitwendige schroefdraad. Aan één zijde heeft de bout een brede kop. De bout wordt door een gat in beide aan elkaar te bevestigen onderdelen gestoken waarna er aan de andere kant een moer op wordt gedraaid. Een moer is een ring met een inwendige schroefdraad. Ter vergroting van het contactoppervlak met het onderliggende materiaal kunnen onder boutkop en moer ringen worden aangebracht. Indien de moer niet los mag trillen kan deze geborgd worden. Hiertoe bestaan verschillende mogelijkheden. De zelfborgende moer bestaat naast de normale schroefdraad uit een kunststof binnenring welke zichzelf vast snijdt in de bout. Moet de verbinding vaker worden losgenomen dan kan gebruik worden gemaakt van een kanteel- of kroonmoer. Deze bestaat uit uitsparingen aan de zijkant welke oplijnen met een gat dwars door de bout. Een splitpen of Fokkernaald (zie figuur 8.1.10) kan hier doorheen worden gestoken ter voorkoming van het lostrillen van de moer.

Figuur 8.1.10 Borgmethoden

Losneembare boutverbindingen worden nog steeds toegepast. Denk aan het bevestigen van de roeren aan de stuurstangen. Van belang daarbij is dat de bouten zoveel mogelijk hangend, tegen de vliegrichting in en van wortel naar tip worden bevestigd (zie figuur 8.1.11).

Figuur 8.1.11 Boutbevestigingen

Schroeven
Een schroef is een taps toelopende metalen pen met een vrij grove, uitwendige schroefdraad. De schroef wordt in de aan elkaar te bevestigen onderdelen gedraaid waardoor deze zichzelf vast snijdt en daarmee de twee onderdelen op elkaar geklemd houdt. Een schroef kan nadat deze is verwijderd opnieuw worden aangebracht. Hoe vaker dat gebeurt, hoe sneller het schroefgat zal (uit)slijten. Voor vaak losneembare verbindingen zijn schroeven dan ook minder geschikt.

Figuur 8.1.12 Verbindingsmethoden