Dwars-stabiliteit in verband met hoogte zwaartepunt

Het is wel erg off-topic maar het is niet "pure massatraagheid". Het is massatraagheid en (massa)traagheidsmoment, dat zijn twee verschillende dingen. Een vliegtuig met dezelfde massa maar een veel grotere spanwijdte rolt veel langzamer. Niet alleen de massa van een voorwerp, ook de vorm maakt uit.

En over die Pitts...een dubbeldekker met kortere vleugels, maar verder identiek aan een eendekker met langere vleugels (zelfde massa, zelfde roeroppervlak, zelfde vleugeloppervlak, enzovoort), zal sneller rollen.

 

ik heb het nooit gehad over traagheidsmoment. je gaf aan kleinere en grotere modellen, daar heeft het rustigere vlieggedrag weinig met de vleugellengte te maken, maar hoofdzakelijk (ik denk 90%) met het grotere gewicht van het grotere model en dus de grotere massatraagheid.

jij gaf aan zweefvliegtuig tov pitts special. ik denk dat de pitts veel meer roercapaciteit heeft dan de gemiddelde zwever.

en de rolsnellheid van een jager heeft weer met iets heel anders te maken. niet alleen de korte vleugels, ook is CG en COL nagenoeg op dezelfde plaats. is niet meer met de hand te vliegen eigenlijk erg onstabiel. maar daarom ook wendbaar. F-16 heeft fly by wire NODIG om uberhaubt rechtuit te kunnen vliegen.

 

Testvlucht met de Surprois

Gelukkig zie ik verandering in de houding van alle betrokkenen die bezig zijn de stelling van Peter te doorgronden. Natuurlijk willen wij weten of het wel klopt wat Peter vertelt.
Maar het wordt ons extra moeilijk gemaakt te begrijpen hoe het zit omdat ons gevoel ons vertelt het anders te verwachten.
Graag wil ik een bijdrage leveren om deze discussie tot een goed einde te brengen.
Naast de theorie heb je ook de praktijk.
Vandaag heb ik met mijn zwever Surprois een testvlucht gemaakt om achter te komen hoe groot de invloed is van een extreem hoog liggend zwaartepunt.
Het is een zwever met een spanwijdte van ruim twee meter en wordt bestuurt met richting en hoogteroer dus geen rolroers.
Om het zwaartepunt van de zwever te verplaatsen heb ik boven op de vleugel aan een 30 cm lange buis 420 gram lood aangebracht.
Het was best spannend de start, want wat gaat er gebeuren valt het toestel straks om?
Ook was het de eerste vlucht van de Surprois aan de helling.
Verrassend was de vlucht. Met sturen voelde ik allen het extra gewicht maar de reactie op richting en hoogteroer waren zoals ik van de Surprois gewent was.
De film is helaas van slechte kwaliteit maar laat wel zien dat het toestel prima te sturen is.
Voor het stukje theorie laat ik graag iemand anders aan het woord.





Johannes

 

niet als punt van kritiek, maar op het filmpje zie je dat gewicht best wel heen en weer gaan (kan soms de staart zien) klopt dat, of had je een vaste verbinding gemaakt?

wat is het totale gewicht van je zwever?

[edit] enige kleine probleem wat ik met deze test zie is dat je geen rolroeren hebt, en dat dat juist bij deze test het belangrijkste orgaan is wat getest moet worden ... hoogteroer en richtingsroer zal niet echt veel op te merken zijn denk ik, omdat het gewicht door beide roeren niet over grotere afstand verplaatst wordt.[/edit]

[edit2] applaus trouwens voor het experiment[/edit2]

 

De zwever weegt 1218 gram.

 

btw raar idee, maar probeer ook het gewicht eens aan de onderkant te plaatsen... kijken wat het effect daarvan is.

[edit]nog even klein ding, we hebben het hier over stabiliteit elke keer, dus niet hoe model (of vliegtuig) reageert op roer of dat het te besturen blijft, maar wat het doet bij een verstoring (dus kleine stuurinput zonder het te corrigeren bijvoorbeeld)[/edit]

 

Nu was ik van mening dat juist het sturen met een richtingsroer moeilijker moet zijn als het zwaartepunt hoog zit. Vele beginners vliegtuigen hebben geen rolroer.
En war hebben wij het over, namelijk dat hoogdekkers stabieler vliegen omdat het zwaartepunt lager zit dan bij een laagdekker. De test met de Surprois laat zien dat door het verplaatsen van het zwaartepunt deze theorie niet klopt. Mijn zwever stuurde net zo makkelijk de bocht in en uit dan zonder het verplaatsen van het zwaartepunt.


Johannes

 

Het gewicht onder het toestel plaatsen was mijn eerste gedachte.
Dat heb ik nog niet gedaan puur uit praktischer overweging. Want hoe ga ik landen?

Johannes

 

kun je hem niet bijna in de stall en dan opvangen?

 

Komplimenten Johannes, de triomf van het empirisch denken!
En extra komplimenten omdat je er je vrijwel nieuwe Surprois aan hebt gewaagd. Zoals je zelf al zegt, spannend want je kan dan wel in de theorie geloven, maar of de praktijk het daar ook mee eens is moet je maar afwachten.

Het lijkt me dat er natuurlijk grenzen zijn ook aan deze theorie; wat als de paal drie meter hoog is? Maar ik denk niet dat het haalbaar is dat te proberen... maakt niet uit; het niet-verschil qua stabiliteit tussen een laag- en een hoogdekker is in elk geval aangetoond.

 

mbt landen.. het gewicht laten waar het nu zit en de vleugel er op de kop opzetten. Dan kun je normaal opstijgen/landen, en dan inverted gaan vliegen.

 

Dat dacht ik eerst ook, vandaar dat ik aan Peter vroeg of het theoretisch mogelijk is de Eiffeltoren op een vleugel te zetten die voldoende lift kan creëren om dit gevaarte te laten vliegen. Stel dit gevaarte is vliegend en hangt 45 graden schuin ten opzichte van de horizon dan blijft deze theorie nog steeds werken. Waarom, omdat de liftkrachten (die enorm zullen zijn) door het centrum van het zwaartepunt gaan dus is er ook hier echter geen sprake van dat het gevaarte zal omvallen. Misschien kom ik nu weer in botsing met de gevestigde ideeën.
Maar ik heb zomaar het vermoeden dat sommige mensen zich laten verleiden bei het zien van een gewicht ver boven op de vleugel en daardoor denken dat dit gewicht indien het toestel schuin in de lucht hangt naar beneden trekt en het toestel uiteindelijk op zijn kop terecht zien komen. Voor diegene is het hoogste tijd om Galilei’s experimenten te gaan bestuderen.

Johannes

 

Na enige studie ben ik er wel achter dat het vrijwel onmogelijk is om op basis van "internet wijsheid" een sluitend antwoord op de vraagstelling "heeft de vertikale positie van de vleugels invloed op de rolstabiliteit van een vliegtuig" te geven. Ik denk dat je hiervoor standaardwerken uit de vliegtuig aerodynamica nodig hebt, en die bezit ik niet. Je zou dit bijna als een aardige scriptie opdracht voor een student op dit gebied kunnen formuleren, maar ik ben niet meer in de positie om dat te doen. Navraag bij een deskundige in bijvoorbeeld Delft zou misschien ook al het antwoord direct kunnen leveren, maar daar wacht ik maar mee tot die gelegenheid zich eens voordoet.

En om nog even terug te komen op een eerdere opmerking over "Peter en aanhangers", ik beschouw mezelf niet als een aanhanger, ik heb Peter z'n beschouwingen op sommige punten verdedigd omdat ik dacht dat die correct waren. Uit onderstaande mogen blijken dat ik helemaal niet weet waar ik moet staan (of hangen).

In de eerste plaats loop je vast op wat ik bijna "geloofs" kwesties zou willen noemen, en in de tweede plaats worden er her en der nogal wat begrippen op verschillende wijze geïnterpreteerd of zelfs gedefiniëerd. Wat daarbij ook al niet helpt is dat de meeste op dit soort zaken slaande Wikipedia pagina's rammelen, zoals dikwijls zelfs ook expliciet wordt aangegeven.

Een voorbeeld is het "pendulum effect", en in het verlengte daarvan het "keel effect".

De educatieve site Allstar Network (waaraan door NASA wordt meegewerkt) Stability of an Airplane - Level 3 geeft onderstaande over het "keel effect"

Keel Effect
Most high wing airplanes are laterally stable simply because the wings are attached in a high position on the fuselage and because the weight is therefore low. When the airplane is disturbed and one wing dips, the weight acts as a pendulum returning the airplane to its original attitude.

Hier wordt dus een massa-traagheids verklaring gebruikt, en worden keel effect en pendulum effect in één adem genoemd, min of meer als elkaars synoniemen.

Een Wikipedia pagina Relaxed stability - Wikipedia, the free encyclopedia zegt het volgende over de rol van de vertikale plaatsing van de vleugels:

Vertical wing position
The vertical positioning of the wing changes the roll stability of an aircraft.
An aircraft with a "high" wing position (i.e., set on top of the fuselage) has a higher roll stability. A Cessna 152 is an example.
An aircraft with a "low" wing (i.e., underneath the fuselage) has less roll stability. A Piper Pawnee is an example of a "low" wing.
This is commonly explained through the analogy of a pendulum-style effect, but this explanation is incorrect (see Pendulum rocket fallacy). Instead, this effect is due to the aircraft's response to sideslip. An aircraft which is rolled to one side will tend to start to sideslip towards the low side of the airplane. A high wing tends to cause the aircraft to roll away from the sideslip, which tends to level the aircraft. A low wing tends instead to roll into the sideslip, increasing the roll angle and therefore increasing the sideslip further.

Hier wordt dus al min of meer het antwoord op de oorspronkelijke vraagstelling gegeven:

lage vleugel = minder stabiel.

Maar wat is de betrouwbaarheid? Wel interessant is om te lezen dat hier het "pendulum effect" volledig van tafel wordt geveegd. De verklaring voor de stelling wordt gezocht in verschil van de invloed van "side slip" op het rolmoment dat hierdoor op het vliegtuig wordt uitgeoefend:

hoge vleugel --> rolmoment tegenwerkend aan rol draairichting --> stabiel

lage vleugel --> rolmoment meewerkend aan rol draairichting --> onstabiel

Een uitleg hiervan of verklaring hiervoor ontbreekt echter. Ik kom hier later op terug, want ik ben nog niet klaar met de "keel" en "pendulum" effecten.

In een andere Wikipedia pagine, cpecifiek over het "Keel Effect", Keel effect - Wikipedia, the free encyclopedia, staat:

In aeronautics, keel effect is the result of the sideforce-generating surfaces being above (or below) the center of mass (which coincides with the center of gravity) in any aircraft. Examples of such surfaces are the vertical stabilizer, rudder, and parts of the fuselage. When an aircraft is in a sideslip, these surfaces generate sidewards lift forces. If the surface is above or below the center of gravity, the sidewards lift forces generate a rolling moment.

Hier staat dus dat een laag zwaartepunt in relatie tot de horizontale krachten op vertikale vlakken van het vliegtuig (vertikale stabilisator, (richtings?)roer, gedeeltelijk de romp) gunstig is voor de rolstabiliteit. Als je de vleugels lager plaats, verplaatst het zwaartepunt ook naar onder, dus zou dit volgens deze redenering juist positief uitwerken.
Even later op dezelfde Wikipedia pagina staat ok nog:

Keel effect is also called "Pendulum Effect" because a lower center of gravity increases the effect of sideways forces (above the center of gravity) in producing a rolling moment. This is because the moment arm is longer, not because of gravitational forces. A low center of gravity is like a pendulum (which has a very low center of gravity).

Hiet wordt dus het "keel effect" gelijk gesteld aan het "pendulum effect", maar vindt dat laatste niet zijn oorsprong in massatraagheids effecten, maar puur op grond van krachtwerklijnen in relatie tot het zwaartepunt.

In de site Aircraft Design Characteristics (Part Three) – Lateral Stability (Rolling), die pretendeert zich vrijwel geheel te baseren op FAA documentatie, wordt de laatste interpretatie/definite van het "keel effect" bevestigt:

Keel Effect and Weight Distribution
An aircraft always has the tendency to turn the longitudinal axis of the aircraft into the relative wind. This “weather vane” tendency is similar to the keel of a ship and exerts a steadying influence on the aircraft laterally about the longitudinal axis. When the aircraft is disturbed and one wing dips, the fuselage weight acts like a pendulum returning the airplane to its original attitude.
Laterally stable aircraft are constructed so that the greater portion of the keel area is above and behind the CG. [Figure 4-26] Thus, when the aircraft slips to one side, the combination of the aircraft’s weight and the pressure of the airflow against the upper portion of the keel area (both acting about the CG) tends to roll the aircraft back to wings-level flight.



Dus ook hier wordt het "keel effect" zuiver op grond van krachten gedefinieerd, en niet op grond van massatraaghed. Maar de relatie met het "pendulum effect" (laatste zin eerste alinea van het citaat) is mij volstrekt onduidelijk, zover ik het begrijp wordt het rompgewicht hier nog eens apart beschouwd wat volgens mij klinkklare onzin is.

Zo kunnen wat betreft "keel" en "pendulum" effecten nog wel even doorgaan. Wat mij wel opvalt is dat met name het pendulum effect gezien vanuit een massatraagheids ooppunt veelal te vinden is in RC modelvlieg sites. Twee voorbeelden:
RC Plane Tips | eHow.com zegt:

The typical second RC plane is a low-wing trainer. These planes require a little more effort to fly. A high-wing trainer uses the pendulum effect to help stabilize the plane after a rudder-based turn. Since the plane is tilted and all the weight is below the wing, the plane naturally wants to return to a neutral position. With low-wing aileron planes, no pendulum effect is seen, so the pilot must fly the plane back to neutral. Here, too, an experienced pilot can help teach the techniques needed


En de site RC Aircraft Proving Grounds - Aerodynamic Center Lateral Stability zegt:
High Wing Effect
Aircraft with high wings (wings which are above the c of g) will have more lateral stability than aircraft which have low wings (below the c of g.) This is often referred to as the pendulum effect. Essentially the mass of the aircraft tends to swing back under the wing when disturbed laterally. Conversely the low wing aircraft is unstable laterally, just as a pendulum would be if you balanced it upside down. The movie below demonstrates this effect.

Als "buitenstaander" lukt het me dus niet om op grond van gegevens die op internet te vinden zijn een uitspraak te doen over de vraagstelling. Als er steeds aan bepaalde begrippen andere en zelfs soms tegenstrijdige uitleg wordt gegeven, kan ik er geen brood van bakken.

Over de eerste Wikipedia pagina waarin wel een duidelijke uitspraak werd gedaan nog het volgende. In hoofdstuk 2 (Principes van het Vliegen, http://www.civ.zweefportaal.nl/docs/theorie_van_het_zweefvliegen_h2_v11.pdf) van de publikateie "Theorie van het Zweefvliegen" van het KNVvL wordt een zelfde uitspraak gedaan:

Momentenevenwicht om de langsas
In paragraaf 2.7.11 is afgeleid dat op een vleugel met V-vorm in slippende vlucht een moment ontstaat dat zal trachten de dwarshellingshoek te verkleinen.



Het totale rolmoment van de vleugel waarin de V-vorm de belangrijkste bijdrage heeft wordt dus kleiner bij een laagdekker en groter bij een hoog- dekker door deze vleugel-romp interferentie. De bijdrage van het vertikale staartvlak is gewoonlijk niet groot. Deze hangt af van de grootte en ligging van het aangrijpingspunt van de dwarskracht op het vertikale staartvlak.
Samengevat: het rolmoment van een vleugel met V-vorm in slippende vlucht wordt voornamelijk door een rolroeruitslag in evenwicht gehouden.

Hier wordt dus van een vleugel-romp interferentie gesproken, maar evenals bij de Wikipedia pagina ontbreekt een echte onderbouwing. De figuur helpt daarbij ook niet echt, zeker niet zondere verdere uitleg.

Nogmaals kort samengevat: Ik kom er op grond van deze informatie niet uit!!!!

Groet,

Ad Bakker

 

Heeft de V-stelling dan geen invloed op de stabiliteit ? ik neem dan even als voorbeeld de Robbe Charter in vergelijking met de Piper-cub. Die laatste is toch niet bepaald "stabiel" te noemen.

 

Mag ik nu concluderen dat:
Wanneer bij de hoogdekker de loefvleugel een opwaartse "klap" krijgt wordt deze beweging versterkt,bij een laagdekker geeft het (eigen) rolmoment een tegengestelde correctie.
Lijkt me dat een laagdekker in dit geval stabieler vliegt dan een hoogdekker.

Tijd om alles nog een keer te lezen.
Interessant.

 

Een positieve V-stelling geeft direct stabiliteit om de lengteas (rollen). Bij al mijn gevlogen toestellen kon ik duidelijk de invloed voelen van meer of minder V-stelling.
Terugkijkend naar mijn proefvlucht met het hoog liggend zwaartepunt weet ik zeker dat een V-stelling een overheersende invloed heeft op de stabiliteit om de lengteas. Na deze proefvlucht is mijn conclusie dat deze fors verplaatste zwaartepunt de stabiliteit van het toestel niet voelbaar heeft veranderd.
Daarmee wil ik niet aantonen dat een laagdekker net zo stabiel vliegt dan een hoogdekker.
Ik heb alleen aangetoond dat het verplaatsen van het zwaartepunt bij mijn tostel geen invloed heeft op de stabiliteit om de lengteas.
Waarom een hoogdekker in het algemeen blijkbaar stabieler vliegt dan een laagdekker heeft denk ik andere oorzaken. Ook hierbij zet ik vraagtekens want is dat al in de praktijk onderzocht? In elk geval niet door mij.

Johannes

 

Ik ben er een beetje beduusd van hoe in korte tijd dit draadje gegroeid is.
Er blijkt toch wel belangstelling te zijn voor dit soort onderwerpen!
Een paar opmerkingen nog:
Ik heb mij een paar keer nogal geprikkeld getoond over de wending die naar mijn idee de discussie kreeg.
Vandaar, Henri bedankt voor de opmerking:

waardoor ik me toch meer realiseer dat er een verschil is hoe dingen van twee kanten overkomen in plaats van hoe ze bedoeld worden.
Een hand in eigen boezem: ik merk soms dat ik arroganter kan overkomen dan ik denk te zijn.
Tevens ben ik me gaan realiseren dat basiszaken uit de krachtenleer niet zo vanzelfsprekend tot ieders bagage behoren en dat dat ook niet verwijtbaar is: ik heb hier blijkbaar een beetje een blinde vlek.
Excuus verder dat ik dikwijls niet ingegaan ben op opmerkingen die naar mijn mening te veel bezijden het oorspronkelijke onderwerp vielen.

Ik stel me dan ook weleens voor dat dit soort gesprekken in een café bij een biertje gevoerd worden; ik denk dan dat de uitwisseling van spitsvondigheden heel anders ervaren zouden worden.ntopic:

Intussen heb ik begrepen dat men eigenlijk niet zo heel erg zit te wachten op de formele bewijsvoering voor '' een kracht die in een rechte lijn door het zwaartepunt gaat…’’
Het is best wel veel werk om een beeldende beschrijving in elkaar te knutselen die ook formeel, correct en sluitend is: De werkelijke bewijsvoering is eigenlijk een wiskundige en overigens in meerdere wiskundige disciplines voorhanden: bijvoorbeeld via limieten of meetkundig.
Ik moet daar echter uit mijn hoofd mijn wiskunde Mo van 45 jaar geleden voor reconstrueren en dat valt niet mee.
Ik kan mij eigenlijk ook niet voorstellen dat men hier op dit forum zit te wachten.
In de kern is echter de kritiek op de situatie dat, als je in eerste instantie het aangrijpingspunt op een andere plaats dan het zwaartepunt legt je wel alle krachten die op dat punt werken dient te herleiden: dus ook de zwaartekracht ter plekke en de aantrekkingskracht tussen zwaartepunt en het vermeende aangrijpingspunt.
Blijf je die herleiding steeds volhouden dan komt er uiteindelijk toch het aangrijpen in het zwaartepunt uit.

Hier ben ik het heel erg mee eens: ik ben ook sterk van mening dat argumenten zakelijk en naar de inhoud moeten worden beoordeel en nooit omdat de bekende mr. X of internetartikeltjes Y het zegt.
Er is wat dat betreft te veel onzin of halve waarheid in omloop.

Hierbij nog eens @Ad; bedankt voor zijn niet aflatende inzet, waarbij ik de instelling ’

’ zeer waardeer.

@Johannes : erg gewaardeerd dat je de moeite neemt om er eens mee te experimenteren. (waar licht dat leuke dijkje trouwens?)
Wat betreft de kritiek op de proefjes: die hebben niet de pretentie wetenschappelijk bewijs te leveren, Ik vind de opmerking:

misschien wel de belangrijkste ervaring.
Dat is nu juist het aardige van dit soort proefjes; dat je fysiek ineens merkt dat er iets aan de hand is dat je in eerste instantie niet zo opgemerkt had.

Mochten er nog veel postings volgen dan zal ik die kritisch blijven volgen, maar ik moet ook weer eens gaan bouwen (tja dat is de ''curse'' als je principieel RTF, ARF, bouwdoos en kooptoestel weigeraar bent)

Verder zijn in deze discussie een paar onderwerpen langsgekomen die ik nog wel eens, maar dan apart uitgewerkt zou willen zien.

BV:
Wat verstaan we bijvoorbeeld praktisch onder ‘’een stabiele trainer’’ en in hoeverre is dat wenselijk?

Een vleugel zonder V stelling: kan die toch rolstabiel zijn en is daarmee toch richting bestuurbaar d.m.v. alleen een bochtenroer? Ik beweer namelijk van wel.

Keelstabiliteit: is dat eigenlijk een erg significante kracht?
Ik beweer (en Fotor geloof ik ook) van niet.

Ik hoop dat in ieder geval mijn startposting een positieve bijdrage is geweest.

 

Dat is altijd het probleem van een forum; je mist alle 'non-verbale' communicatie.. dingen waar je onder het genot van een biertje, koffie, of fris, in een café oid, een prima gesprek over kunt hebben in exact dezelfde bewoordingen, kunnen op een forum ontsporen tot hele heilige oorlogen.

Wat hier op het forum daarin het meest misgaat, is dat mensen het verschil tussen mening en feit niet kennen, niet begrijpen dat nagenoeg alles wat op het forum gepost wordt (ook door mij) slechts een mening is, geen feit.

Maar zodra je een keer vergeet om 'volgens mij' of 'ik denk' 10 keer in een zin te zetten, dan wordt de toon al snel agressief omdat je dan iets als 'feit' zou presenteren. Met name mensen die toch al in een negatieve propositie zitten, hebben hier snel last van, wat in mijn geval vaak moderatoren zijn

Het is toch een prima discussie zo? Ondanks af en toe een beetje ergernis, is er geen kwaad woord gevallen, laten we dat zo houden

Inhoudelijk kom je er niet uit op basis van internet, ook omdat er zo ontzettend veel elkaar tegensprekende bronnen zijn. Intuitief voelt voor mij het keel- of pendulum effect goed en logisch aan, en ik ben toch nog steeds geneigd die verklaring te geloven; bij een hoogdekker bevind het CG zich onder de dragende vleugel, bij een laagdekker erboven. Ik kan er niet omheen dat dat gevoelsmatig toch inhoudt dat een hoogdekker stabieler zou moeten zijn, en vooralsnog heeft niemand hier dat hard ontkracht.

 

Had dit er nu net niet buiten horen te blijven dan?

 

Dat zeg ik toch ook niet? En ja, als er op in gegaan wordt, had ik het beter weg kunnen laten, zo was het niet bedoeld.. het is een ieder z'n recht om iemand al dan niet te mogen