verband: vleugelbelasting en vliegsnelheid

Van de week vroeg ik mijzelf iets af wat ik na later zoeken niet op internet heb kunnen vinden.

Namelijk:

Is de vliegsnelheid direct in een constant verband met de vleugelbelasting? Daarmee wil ik zeggen;

Stel ik heb een piepklein vliegtuigje en een giga grote, maar beide met dezelfde vleugelbelasting. Hebben ze daarbij dezelfde vliegsnelheid of stall grens?

Ik kan mij namelijk een ja en een nee voor stellen.
Allereerst lijkt ja mij logisch, de vleugelbelasting is in beide gevallen gelijk, dus hebben ze allebei eenzelfde minimale luchtstroming nodig.

Wat de nee betreft:

Het grote vliegtuig heeft welliswaar een gelijke belasting maar is wel veel groter, zwaarder en wat dan ook....

Misschien is er iemand die een antwoord kan geven, het liefst met een uitleg waarom want dat intresseerd mij!

alvast bedankt!

gr,

niels

 

Heey, dit is een leuke. Ja, die twee kisten heben dezelfde minimale vliegsnelheid(als het profieltenminste gelijk is. Liftcoefficient van het profiel maakt natuurlijk ook veel uit.)In de praktijk hebben fullscale vliegtuigen een hogere vleugelbelasting dan onze modellen.

Overigens even iets anders. Ik heb hetvermoeden dat je niet precies weet wat een stall is, gezien de manier waarop je het vraagt. Een stall heeft namelijk niets temaken met de vliegsnelheid. Een stall komt voor als de aanvalshoek van de vleugel te groot is. De aanvalshoek is de hoek van de vleugel tov de aanstromende lucht. Vaak komt en stall voor bij een lage vliegsnelheid. De formule voor de lift is de volgende: L = Cl x 0,5 x rho x V[sup:edd44daf65]2[/sup:edd44daf65] x A. Ziet er ingewikkeld uit, maar dat valt wel mee. Cl is de liftcoefficient, deze is sterk afhankelijk van de aanvalshoek. Hoe hoger de aanvalshoek, hoe hoger de gegenereerde lift is. Tot een bepalde grens, dan kakt de lift ineens in. Dat noemen we een stall of overtrek. rho is de luchtdichtheid en kunnen wij als modelvliegers als een constante waarde beschouwen, omdat wij nooit hoog vliegen. Hoe hoger je bent, hoe lager de luchtdruk (daarom moet je op de mount everest ook zuurstof menemen, boven is er domweg te weinig zuurstof). V is de snelheid. Je ziet dus dat de lift sterk afhankelijk is van de snelheid. als je twee maal zo hard gaat vliegen, heb je vier maal zoveel lift. Bij een charter zie je dat duidelijk, die gaat sterk omhoog als je het gas ook maar even aanraakt... Bij de meeste modellen proberen we dit zo veel mogelijk te vorkomen, maar goed. De reden dat een stall vaak voorkomt tijens langzaam vliegen is de volgende: de snelheid loopt dan dus flink terug, en de lift dus nog veel meer. Om dat te compenseren gaan we de aanvalshoek verhogen, om op die manier meer lift te krijgen. A is in dit geval het vleugeloppervlak.

Ik hoop dat het duidelijk is...

Stefan

 

Even een aanvulling en kan gecorrigeerd worden als ik rare dingen zeg. Lift kan je alleen krijgen zolang de luchtstroom over de vleugel gaat. Als je de aanvalshoek vergroot, blijft dit goed gaan, totdat de luchtstroom "loslaat". Je krijgt dan achter de LE wervelingen waardoor je lift van het een op het ander moment wegvalt. Bij een getordeerde vleugel (tip heeft een kleinere aanvalshoek dan de wortel) zal de wortel dus eerder overtrekken.

Zoals Stefan dus zegt, klopt het. Als je de twee toestellen identiek aan elkaar hebt, behalve dan de maat, zullen ze dezelfde stall karakteristieken hebben.

 

Idd, bedankt voor de aanvulling. De maximale aanvalshoek is ook nog afhankelijk van het profiel. Een mogelijkheid om langzamer te kunnen vliegen zijn slats. Dit zjn kleppen aan de voorkant van de vleugel die de luchtstrom over de vleugel dwingen, waardoor een stall pas veel later voorkomt.

Stefan

 

@stefan;

bedankt voor de uitleg, ik wist wat een stall was :wink:

Is er iemand die een verklaring kan geven over het verschil met de belasting en het profiel? Ik begrijp dat een ander profiel een totaal andere eigenschappen heeft, maar ik vraag me wat er precies gebeurt bij een gelijke belasting

gr,

niels

 

Ja hier valt nog wel wat op aan te vullen. Stall eigenschappen zijn namelijk ook afhankelijk van het vleugelprofiel. En de eigenschappen van een vleugelprofiel zijn weer afhankelijk van de luchtdichtheid. Dit wordt uitgedrukt in het reynoldsgetal. Ik ben geen luchtvaartdeskundige maar waar het op neer komt is dat hetzelfde vleugelprofiel verschillende eigenschappen heeft afhankelijk van de grootte.

Daarom is het ook zo moeilijk om vleugels echt op schaal te maken. Vleugels van onze modellen zijn altijd relatief te dik. Anders vliegt t niet.

 

Mijn Depron vliegers met 125 cm span hebben een vlakke vleugel met max. 15 mm dikte.

De dikte is niet dat probleem bij schaalkisten maar de grote.
Vleugels zijn vaak te klein voor modellen waardoor de vleugelbelasting te groot word.

Ik heb een F-16 waarvan de vleugel vergroot is, je zou hem anders niet in de lucht krijgen (normaal) :wink:

Mvg Johan

 

F-16 is een slecht voorbeeld, omdat aerodynamica van vleugelprofielen onder de geluidssnelheid en boven de geluidssnelheid totaal verschillend is. Supersonische vliegtuigen zijn daarom sowieso een categorie apart.

Je kunt beter kijken naar bijv de piper cub of de spitfire. Als je het clark-y profiel wat je op een schaal piper cub (zeg 1:5) gebruikt in dezelfde verhoudingen op een 1:1 cub zet krijg je iets heel raars. Modelprofielen zijn bijna altijd relatief dikker dan echte.

Ik ben met je eens dat je ook de afmeting van de vleugel kunt corrigeren in een schaalmodel, maar mijn verhaal is wel echt waar. Dikte is ook een 'probleem'.

 

Waarom ligt die verhouwding met profielen dan anders met een fullscale kist en modelbouw?

Dat is volgens mij wel erg bepallend

gr,

niels

 

Het practische is dat b.v. een 1:1 Piper Cub J3 een vleugelbelasting heeft van 334 gram/DM² (volbeladen = 550 KG startgewicht) en vliegt met minimaal ca. 100 KM/uur..... een 1,5 meter span Pipertje zal iets van 40 gram/DM² hebben en dan 30-40 KM/uur vliegen ..... dus in (schaal)verhouding vliegt de 1,5M Piper erg snel .... met een héél veel lagere vleugelbelasting ..... (een 1:1 Piper met 40 Gram/DM² zou dus 16,58 M² = 1658 DM² x 40 = 66320 gram mogen wegen en 66,32 KG voor een 1:1 Piper is echt onmogelijk ....

 

Omdat de lucht waar je met je model in vliegt niet op schaal is. Klinkt misschien raar maar daar komt het heel simpel uitgelegd wel op neer.

Als je een vleugelprofiel precies op schaal wilt verkleinen met behoud van de laminaire luchtstroming/turbulentie eigenschappen (en die zijn ook van invloed op het 'stallen') dan zou je ook de lucht waar het profiel in vliegt (en de vliegsnelheid) op schaal moeten verkleinen. En dat gaat helaas niet.

Vergelijk het maar met gedrag van vloeistoffen. Het is ontzettend moeilijk (zo niet onmogelijk) de golven van de zee op schaal exact na te bootsen. Dat komt uiteindelijk (ook weer té simpel uitgelegd maar het gaat om de essentie) omdat je de moleculen waaruit het materiaal (zeewater) bestaat niet op schaal kunt verkleinen. Scheepsmodelbouwers weten dan ook dat de golfslag van hun schaalmodel er altijd 'anders'(= niet exact op schaal) uit zal zien dan de golfslag van het echte schip. Het is onmogelijk een scheepsromp op schaal na te maken met exact behoud van de vaareigenschappen van het origineel, ook hier weer omdat het water hetzelfde blijft terwijl je schip kleiner wordt. Een schaalmodel is dus altijd een compromis tussen vlieg-/vaareigenschappen en voorbeeldgetrouw uiterlijk.

En dat zit'm in afmetingen en gewicht (vleugelbelasting) maar óók in aerodynamica.

Google maar eens op 'reynoldsgetal' of 'reynolds number'.

 

Om even op de topicstart terug te komen:

Volgens mij is dat de vraag waar het uiteindelijk om draaide en ik denk dat het antwoord op die vraag 'ja' is. Een hogere vleugelbelasting bij gelijk profiel betekent dat je harder moet vliegen om 't ding in de lucht te houden..

 

Niels,
Kijk eens naar een foto van een modelbootje. Daar kun je doorgaans direct aan zien dat, hoe mooi hij ook gebouwd is, het een modelboot is: dat zie je aan de golven, dat "klopt" niet met de boot.
In de lucht zie je dat niet maar, in feite treedt hetzefde effect op: de lucht (of water) moleculen zijn niet "op schaal".
Een verkleinde versie van een 1/1 profiel in een modelvliegtuig is dus mogelijk totaal ongeschikt.
Om met windtunnel testen toch enigszins een prognose van het gedrag van de 1/1 versie te kunnen maken is de Reynolds factor destijd ge"introduceerd". Het compenseert dit effect ten dele, zodat je een "schaal" profiel in de normale lucht kunt vergelijken met de grote versie.

Stefan, je verhaal ziet er goed uit, echter spreken we van Rho bij de luchtdichtheid, en niet de druk. Op grote hoogte zijn er minder moleculen lucht aanwezig, dus een vleugel heeft daar minder "grip" op de lucht als op lage hoogte. Bij experimenten in de bovenste lagen van de troposfeer (de laag waar wij in leven) en de onderkant van de stratosfeer moet je uiterst omzichtig vliegen, zelf een Starfighter kon er met veel kunst en vliegwerk in doordringen, maar was dan enige tijd zowel nagenoeg onbestuurbaar als dat de motor afsloeg agv een tekort aan zuurstof. Kwam je dan weer op lagere hoogte, dan kreeg men weer grip op de zaak, kon de motor herstart worden en kon je veilig verder vliegen.
Diverse experimentele vliegtuigen hadden dan ook stuurraketten onder de vleugel ipv rolroeren etc.


Een andere leuke is dat een licht model eerder zijn vleugel zal kapotvliegen als een vergelijkbaar zwaar model. De laatste zal namelijk eerder overtrekken, een overtrek is niet alleen iets negatiefs, het is tevens een soort veiligheidventiel tegen overbelasting. Dit is echter tegen je gevoel in, je zou verwachten dat een zwaar model eerder zijn vleugel kapot vliegt. Kookel eens met manoeuvring speed. Bij bvb een zwaarbeladen C172 mag je bij een HOGERE snelheid nog volle (hoogteroer) uitslagen geven, als bij een lager gewicht.

Kijk eens op je club, doorgaans alle vleugelbreuken spelen zich af bij Charter" achtige" modellen, niet bij hoogbelaste acromodellen. (die overigens meestal steviger gebouwd zijn....)

 

En dat is precies waar wij mee te doen hebben.

Bouw je te zwaar vliegt ie beroert.

Bouw je licht dan heb je een model met (ook) goede langsame vliegeigenschappen.

De rest interesseert mij ook eigenlijk niet . :lol: (laminaire luchtstroming/turbulentie eigenschappen en zo verder)

Mvg Johan

 

OT vraag:

En het antwoord is dus nee ze hebben niet dezelfde vliegsnelheid en/of stall grens. Het is voor mij te ingewikkeld om het beter uit te leggen, en ik ben ook geen natuurkundeleraar, maar dat verband is niet constant.

Aerodynamica van je vleugel (je vleugelprofiel en -vorm) speelt namelijk ook nog een rol, naast de vleugelbelasting. Je kunt dat heel eenvoudig inzien door een gedachtenexperiment: stel je twee vliegtuigen voor, laten we zeggen twee stuks calmato sport. Het enige verschil tussen de twee is dat de vleugel van de ene 3 keer zo dik is als de vleugel van de andere. Gewicht en afmetingen (en dus ook de vleugelbelasting) zijn verder hetzelfde.

Die twee calmato's hebben verschillende vlieg- en stall eigenschappen. De dikke vleugel gaat langzamer want heeft meer luchtweerstand. Ik denk dat-ie ook een vlakkere stall-hoek heeft bij gelijke snelheid als de dunne vleugel. Wie niet gelooft dat er een verschil is moet ze maar eens bouwen en het zelf uitproberen. Het experiment is uitvoerbaar, het is mogelijk om een drie keer zo dikke balsa vleugel maken met ongeveer hetzelfde gewicht als de originele.

EDIT: ik was dit aan't typen zonder de bijdrage van Richard Branderhorst te hebben gezien.

 

Heeft dat laatste niet meer met massatraagheid te maken? Grotere massa is trager en daardoor zal een zelfde roeruitslag minder effect hebben? Dat idee?

 

Heeft dat weer niet te maken met de kinetische energie (spel je dat zo ) te maken die een zwaar model eerder opbouwd dan een licht model? Het verhaal van de brekende vleugels klinkt opzich wel logisch!

Leuk dat dit toch wel wat aandacht trekt op het gebied van vleugels!

gr,

niels

 

Een andere leuke is dat een licht model eerder zijn vleugel zal kapotvliegen als een vergelijkbaar zwaar model.

Op die lichte modellen word in Nederland wel heel vaak een grotere motor op gezet als aanbevolen.

En dat kunnen die licht gebouwde modellen ook niet hebben. De G-belasting word dan bij het raggen te hoog.

Een charter met een 3,5ccm motortje is niet kapot te vliegen in de lucht. :wink:

Hij heeft gewoon niet de masse en gewicht.

Mvg Johan

 

Leuk, nuttig en leerzaam boekwerkje, goed te lezen als je weet wat machtsverheffen en worteltrekken is, meer wiskunde is niet nodig. Veel leuke voorbeelden: hoeveel potjes pindakaas moet een vogel leegeten tijdens vlucht van Amsterdam naar New York:

Titel: De wetten van de vliegkunst.
Auteur: Henk Tennekes (v.h. directeur KNMI)
Uitgeverij: Aramith
ISBN:90 6834 095 6

 

Geeneen, want vogels eten geen pindakaas en hebben ook niet de middelen om veel potjes pindakaas te vervoeren.. Je komt hiermee met het probleem dat dat oplossing erger is dan de kwaal.. voorbeeld, stel dat een duif 2 potjes pindakaas nodig heeft, als hij gewoon duif was, zonder belasting. Maar nu moet hij van jou twee potjes pindakaas meenemen. Om 2 potjes pindakaas te kunnen vervoeren over die afstand, heeft hij weer 1 potje pindakaas extra nodig. Alleen dan moet hij er dus 3 vervoeren. Om er 3 te kunnen vervoeren heeft hij er weer een extra nodig.. enzovoort enzovoort.