Ekranoplan / grondeffect voertuigen

Omdat er toch wel interesse bleek te zijn, hier even een topic over ekranoplans.

Ik heb mij hier nu een paar jaar mee bezig gehouden en het koste uitermate veel moeite om een succesvol model te maken, alhoewel ik dit niet zo had verwacht.

Eerst eventjes voor de mensen die het nog niet kennen, Ekranoplans lijken meestal op een soort vreemde watervliegtuigen met erg kleine vleugels. Het zijn voertuigen die gebruik maken van het grondeffect, een fenomeen dat een vliegtuig ondervind wanneer het dicht bij een oppervlakte komt. De weerstand van het vliegtuig neemt daarbij af, en de lift neemt tegelijk toe.

De echte vader van de "Ekranoplans" , de russische naam voor deze voertuigen, is dr. Alekseyev, een draagvleugelboot ontwerper uit de Soviet Unie. Overigens heeft dr.Lippisch uit Duitsland ook zijn steentje bijgedragen aan grondeffectvoertuigen, alleen heeft zich zijn uitvinding in zijn land nooit weten door te zetten.

Hierbij twee foto's van russische ekranoplans:

De "Korabl Maket" KM, ook genaamd het Capsian Sea Monster


De A-90 Orlyonok



Zoals al gezegd, het grondeffect verlaagt de weerstand en verhoogt de lift. Het eerstgenoemde komt omdat de twee tipwervels, die elk vliegtuig achter zich aan trekt, niet goed kunnen opbouwen wanneer een vleugel zich dicht over de grond beweegt. Hierdoor blijven deze wervels erg klein en is het energieverlies in deze wervels dus ook erg klein.
Hieronder valt dit goed te zien:


De lift verhoging komt door het ram air effect. Dit komt er op neer dat de lucht die onder de vleugel stroomt, enigzins raakt opgepropt, waardoor de stroomsnelheid onder de vleugel afneemt en de druk dus toeneemt. In sommige gevallen stagneert de lucht helemaal onder de vleugel en glijdt het model dus als het ware op een luchtbel.

Hierbij komen we ook gelijk bij het probleem van het grondeffect: het ding wordt %$&#! onstabiel. Dit komt door het feit dat het centre of pressure, het punt waar de draagkracht eigenlijk werkt, bij een grondeffectvoertuig verder naar achteren ligt dan bij een vliegtuig.
Hierdoor moet het zwaartepunt ook verder naar achterin liggen in een ekranoplan.

dit verschil in zwaartepunt komt door het ram air effect, wat hier goed valt te zien:

Op deze afbeelding zie je de drukverdeling van een gewone vliegtuigvleugel. De hoge druk onder de vleugel en de lage druk boven de vleugel zitten voornamelijk bij de vleugel voorrand.



Hier zie je een grondeffect vleugel, die duidelijk laat zien hoe het ram air effect ervoor zorgt dat de hoge druk onder de vleugel helemaal tot achteraan de vleugel loopt. Hierdoor ligt het uiteindelijke drukpunt dus ook verder naar achteren.


Waardoor wordt de ekranoplan dan onstabiel? Nou simpelweg, wanneer het ding in grondeffect vliegt boven het water, stabiel, uitgebalanceerd, dan is er niks aan de hand. Stijgt het voertuig alleen een stuk, dan neemt de sterkte van het grondeffect af. Hierdoor wordt de druk verdeling op de vleugel meer "vliegtuigachtig", en schuift het drukpunt dus naar voren! Het zwaartepunt blijft alleen wara het was, oftewel het voertuig wordt opeens staartlastig!

Dit betekent dat de neus van het voertuig omhoog gaat, waardoor de lift toeneemt en het voertuig verder stijgt. Hierdoor wordt het grondeffect nog zwakker, waardoor het pitch-up effect nog sterker wordt en het voertuig uiteindelijk achterover slaat. We hebben dit allemaal wel eens gezien met van die hydroplanes.

Dit is overigens ook het lastigste geweest bij mijn modellen, ik kreeg ze gewoon niet...betrouwbaar. Ook al kon zo een model uiteindelijk een paar keer stabiel langs zweven, dan sloeg hij uiteindelijk toch weer achterover en kon ik de opblaasboot halen.

Maargoed, hier komen dan drie manieren, om zo een ding toch stabiel te krijgen. de eerste manier heb ik overgenomen van de Flairboats, die in duitsland een tijd gevaren hebben. Dit waren grondeffectvoertuigen die twee paar vleugels hadden, achter elkaar, allebij in grondeffect. Dit zag er zo uit:



Deze voertuigen halen hun stabiliteit uit het verschil tussen het voorste paar vleugels en het achterse paar.
- Het voorste paar heeft een zeer dun vleugelprofiel en een hoge invalshoek.
- Het achterste paar heeft een dik profiel en een lage invalshoek.
Dit ziet er zo uit:

De voorste vleugels met hun hoge invalshoek hebben een sterk Ram air effect, de achterste vleugels hebben dit minder. Wel hebben de achterste vleugels een dik profiel, waardoor deze veel lift gewoon uit het vleugelprofiel zelf halen
Stijgt het voertuig nou een stuk, dan neemt het ram air effect bij het voorste vleugelpaar dus sterk af....maar het achterste vleugelpaar, dat toch al niet veel gebruik maakte van Grondeffect, verliest amper lift.
De voorkant verliest dus veel lift, de achterkant verliest minder lift! Voila, het voertuig neemt de neus naar beneden in plaats van verder te gaan stijgen....en je bent stabiel.

Let alleen op...dit systeem is maar stabiel tot op een bepaald niveau, met windvlagen wordt het erg onbetrouwbaar. Ook kan er geen hoogteroer gebruikt worden, om bijvoorbeeld sneller op te stijgen vanuit het water...waardoor het opstijgen veel energie kost.


Geen nood, er zijn nogmeer systemen^^

Je kan ook.....een klein vleugeltje voorop plaatsen, en een grote vleugel achter, zo dus:

Stel het voertuig weer eventjes voor, het is in cruise, niks aan de hand. plotseling stijgt het...
De vleugel voorop is zeer klein. Dit betekent dat de stijging voor de vleugel voorop veel groter is, verhoudingsgewijs, dan voor de vleugel achterop. Het grondeffect voor het vleugeltje voorop neemt dus meer af dan dat het grondeffect afneemt voor de achterste vleugel...en dus zakt de neus naar beneden, in plaats van dat het ding achterover slaat.

Ik hoop dat dit zo een beetje duidelijk is, ik weet ook niet hoe ik het anders moet uitleggen Dit systeem werkt overigens goed, maar ook dit kan niet gebruik maken van een hoogteroer, en ook dit systeem laat het qua betrouwbaarheid afweten bij slechtere weersomstandigheden.




Maar gelukkig, na maar liefst 7 RC Ekranoplans, tig papieren modellen en een dozijn tekeningen, kon ik mijzelf wel voor het hoofd slaan dat ik dit belachelijk simpele systeem niet eerder had bedacht!

In dit geval zit er een grondeffect vleugel vooraan het voertuig, en achter, zit er hoog boven op de staart een gewone vliegtuigvleugel, ook met een POSITIEVE invalshoek, dus NIET zoals bij het staartvlak van een vliegtuig. Dit ziet er zo uit:



Het zwaartepunt ligt tussen beide vleugels in. Als het voertuig dus in cruise is, wordt het gedragen door een grondeffectvleugel(voor op) en een gewone vleugel, buiten het grondeffect(achter op). Stijgt het voertuig, dan verliest de grondeffectvleugel natuurlijk lift, maar de vleugel achterop verliest helemaal niks...et voila, de neus valt naar beneden en het voertuig blijft stabiel. Het leuke van dit systeem is dat je heel makkelijk kan varieren hoe sterk dit stabilisatiesysteem werkt ,door simpelweg het zwaartepunt heen en weer te schuiven en de invalshoek van de achterste vleugel te varieren.

Het is een belachelijk simpel systeem en ik snap ook niet waarom ik het niet eerder heb bedacht. het werkt in ieder geval Altijd, het heeft mij nog nooit in de steek gelaten in ieder geval!

Voorderest kan je nog varieren op Ekranoplans, je kan voor het opstijgen lucht onder de vleugels blazen, als een soort hovercraft, en dan de motoren horizontaal kantelen naarmate het model versnelt...etc. Ook kan je op de manier van dr.Lippisch een soort deltavleugel maken, maar dan achterstevoren. Deze verdeelt het ram air effect over een groot gedeelte van de lengte van het model...aangezien de trailing edge van de deltavleugel over een groot stuk van de lengte loopt.. Ik hoop dat ik hiermee andere mensen heb geinspireerd ook eens hiermee te gaan experimenteren, mij hebben deze dingen in ieder geval nog nooit verveeld^^

Hier nog wat foto's van een paar modellen:











Marijn

 

Gaaaaaf!
Als je begonnen was met het nabouwen van die Russische dingen was het in één keer gelukt lijkt me. Ik snap nu ineens de constructie met dat hele grote stabilo wat dus helemaal geen stabilo is eigenlijk Of wel, het stabiliseert natuurlijk.

Leuk!

 

Jaah nouja het is precies wat je zegt, in principe bouwde ik ze wel na, maar ik had achterop een groot stabilo, niet...nouja dit

Ik weet eerlijk gezegd ook niet of de russische dingen dit systeem echt gebruikten, want ze gebruikten hele complexe gyro-systemen om de machines stabiel te houden en twee van die grote zijn uiteindelijk toch gecrashet, door achterover te willen slaan..

Maargoed mijn systeem werkt in ieder geval

Marijn

 

Als ik er zo over na denk is het probleem natuurlijk dat áls de voorkant opstijgt er weinig aan te houden is, zolang die voorste vleugel lift blijft genereren. En dat wordt alleen maar erger. En als je de voorste vleugel kleiner maakt zoals bij een canard dan krijg je niet het dragend effect...
Lijkt me onwijs leuk om mee te experimenteren.

Heb je behalve een richtingsroer en gas nog meer besturingsfuncties? Zo te zien kun je je motoren laten kantelen en ben je ook bezig geweest met een soort hoogteroeren. En dat werkt dan allemaal weer net anders dan je zou verwachten, of niet?

 

Hee, interessant!
Heb lang geleden ook eens een topic hierover gestart, kijk hier maar eens, wellicht staan er nog wat interessante linkje bij 8)

Zal dit topic in de gaten houden, als je nog filmpjes heb van je modellen in actie, hou ik me aanbevolen

 

He, prachtige dingen Die laatste techniek wordt ook gebruikt in de vorm van een canard bij de vliegtuigen. Omdat de voorste vleugel als eerste overtrekt door teveel up verlies je de lift en zakt de neus weer.

Ik heb het grond effect zelf heel goed gevoeld bij windstil weer met een delta. Op enkele cm hoogte boven het veld wou de snelheid er gewoon niet uit en bleef hij enorm lang doorglijden. Zodra je iets daalt of stijgt remde hij direct en lag hij stil maar als je hem heel strak op +/- 5-10cm houdt kan je het hele veld overglijden haast.

 

Jaah, ik had inderdaad ook al met het canard principe geklooit, op een onbestuurd modelletje, waarmee ik in de gymzaal kon experimenteren. Het zag er alleen een beetje grappig uit, want het model nam dus telkens de neus iets omhoog, dan stallde de canardvleugel en viel de neus weer terug, waarna het model weer steeg en de cana.....nouja hij eierde op en neer dus.
Natuurlijk was dit maar 1 experimentje, misschien zijn er hele andere resultaten te behalen.

Ik heb voorderest inderdaad ook al geprobeerd met motoren die je kan laten kantelen, dit gebruikten de russen ook om het opstijgen te vermakkelijken. Dit was erg leuk overigens, je model wordt op lage snelheden een soort hovercraft. Voor het stabiel houden van het ding vond ik het alleen een ramp, een hele kleine verandering van de invalshoek van de motoren had heel veel effect.

Ik had ook nog met hoogteroeren geprobeerd, al dan niet aangestuurd door een gyro.maargoed dits is nog in de beginfase bij mij, dus ik kan er nog niet zo heel veel over zeggen^^

Marijn

 

Hier nog een filmpje van mijn grote rode Ekranoplan, bij een crash Om even duidelijk te maken wat het effect is van zo een klap op het water, het staartvlak brak af, zoals te zien is, maar ook de bodem van het model scheurde, net als dat ik een hoop barsten in de zijwanden had van de romp. Het ding was dus als het ware..gekraakt.

Maargoed het laat duidelijk zien hoe het model up pitched en je er op een gegeven moment niks meer tegen kan doen, behalve dan nog de motoren gewoon uitzetten



Hier volgen nog wat tekeningetjes voor wat inspiratie^^








Ik vind die enorme verschillen tussen deze dingen altijd zo leuk, feit is dat er nog steeds geen perfecte ekranoplan bestaat, er is genoeg ruimte voor ideeen dus.

Marijn

 

Het zijn in principe dynamische hovercrafts, ze zijn dan ook gekwalificeerd als boten. We kwamen op het thema in een topic over hovercrafts in dit zelfde forum, dus daarom had ik het hier geplaatst.

Meestal zie ik alleen dat het de bootbouwers zijn die zich hiervoor interesseren, het zijn dan in mijn oog ook boten, alleen met wat vreemde trekjes, net als een draagvleugelboot..

Ze komen in het echt ook uit scheepswerften btw, niet uit hangars.

Marijn

 

Er is trouwens nog een ander leuk systeem om snel op te stijgen vanaf het water, met zo min mogelijk wrijving, dat ziet er dan zo uit:



Trouwens nog een concept dat ik graaag een keer wil proberen.

Marijn

 

Zolang iets geen aandrijving heeft via het water is het geen boot in mijn ogen.
Of het zich voortbeweegt door het water zonder aandrijving ( zeilboot )

In mijn ogen zijn het vliegtuigen met aangepaste zwaartepunten en vleugelprofielen, om
zodoende gebruik te kunnen, en moeten, maken van het grondeffect.

 

Volgens mij mis ik iets...wie ergert zich hieraan dan?

 

Haha, dit is wat er in elk forum gebeurd als dit onderwerp ter sprake komt
De discussie wel/geen boot zal eeuwig duren , haha.

 

vanochtend laaide er een discussie op over dat deze topic niet in het bootforum hoort, maar dat is gelukkig weggehaald.

en ik zou het ook echt niet zo weten waar ze horen, maargoed ik blijf het een gave techniek vinden ^^

Marijn

 

Ik zit nog te wachten op de eerste persoon die schrijft dat alle problemen
opgelost zullen zijn na het gebruik van een gyro

 

Een gyro kan helpen want die kan veel sneller reageren dan een mens. Toch moet de afstelling van de gyro wel perfect zijn en de rest ook wil het goed werken. Je moet zonder gyro een redelijk stabiele versie maken en de gyro kan het dan nog net iets strakker maken.

 

Dat laatste model dat ik aan het bouwen ben, dat schaalmodel van de Orlyonok, dat moet een 401 Gyro krijgen om het hoogteroer aan te sturen, ik ben ook erg benieuwd of dat werkt.

Ik zit er een beetje mee dat een gyro gewoon een bepaalde richting probeert vast te houden, terwijl ik eigenlijk meer een apparaat nodig heb dat het voertuig 'vastbindt' aan de horizontaal.

Ik bedoel als ik op zou stijgen, dan kan de neusstand voor het opstijgen anders zijn dan wat hij bij het vliegen zou moeten zijn, en dan gaat dus bij de lift-off de gyro zijn best doen die neusstand vast te houden...lijkt mij ook niet erg gezond voor het model

Maargoed eigenlijk heb ik geen idee, ben erg benieuwd.

Marijn

 

Je kan de gyro natuurlijk op afstand inschakelen en zo de lift-off handmatig laten verlopen. De 401 op zijn zijkant in HH zegmaar zorgt ervoor dat hij altijd horizontaal blijft. Een liftoff werkt hij tegen dus moet hij uitstaan. Eenmaar uit het water kan je de gyro aanzetten zodat hij het omhoog klappen tegengaat. Ook het duiken kan hij corrigeren.

 

Dat zou inderdaad wel kunnen..

Ik heb zelf eigenlijk nog nooit een gyro op wat anders gebruikt dan een heli, kan je op gewoon luchtroeren, zoals het hoogteroer van een ekranoplan, ook zo een effect krijgen dat als de gevoeligheid te hoog is van de gyro dat hij zichzelf telkens overcorrigeerd?

De vleugel achterop is overigens een stabiliser, niet echt een lift makende vleugel, dus zonder gyro zou hij in principe weer achterover moeten slaan, dus ik dacht er al aan om het staartvlak er af te dremelen en dan onder een positieve hoek weer te monteren, dan heb ik in ieder geval al een redelijk stabiel model. Dat hoop je dan in ieder geval

Marijn

 

Ik was net opzoek naar hovercraft plannen en tekeningen toen ik dit tegen kwam:
Hydrofoil Model Kits