Post on 13-Jan-2016
description
THEORIE VAN HET VLIEGEN
En, denk je dat dit zal vliegen?
Natuurlijk, ik heb toch de cursus aerodynamica gevolgd!
L=Cl½V²S
THEORIE VAN HET VLIEGEN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
1. Aerodynamica (stromingsleer)
Krachten en momenten t.g.v. omstromende lucht
2. Vliegmechanica
Beweging van het vliegtuig o.i.v. bovengenoemde krachten
2a. Prestatieleer
Beweging van het vliegtuigzwaartepunt
2b. Vliegeigenschappen
Beweging om het vliegtuigzwaartepunt
THEORIE VAN HET VLIEGEN
KRACHTEN OP HET VLIEGTUIG
1. Luchtkrachten
2. Zwaartekracht
3. Voortstuwingskrachten
4. Traagheidskrachten
Bewegingswetten van Newton
1e wet: traagheidswet
2e wet: Kracht = massa x versnelling
3e wet: actie = - reactie
THEORIE VAN HET VLIEGEN
Toelichting op de tweede wet van Newton : F = m x a
m: Eenheid van massa is de kilogram (kg)
F: Eenheid van kracht is de Newton (N)
a: Versnelling in m/sec²
Een kracht van 1N geeft aan een massa van 1 kg een versnelling van 1 m/sec²
Het gewicht G van een voorwerp is de kracht waarmee het wordt aangetrokken door de aarde
Het gewicht wordt veelal uitgedrukt in kgf
1kgf ~ 10N = 1 daN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DRUK OF SPANNING
Druk is kracht per oppervlakte-eenheid
1 Pascal = 1 Newton / 1 m²
Eenheid van druk is de Pascal
THEORIE VAN HET VLIEGEN
EIGENSCHAPPEN VAN LUCHT IN RUST
1. Luchtdruk
botsing van luchtdeeltjes tegen oppervlak
Luchtdruk op zeeniveau ~ 1 Bar = 100.000 N/m² = 1000 Hecto Pascal
2. Luchtdichtheid
= massa per volume eenheid kg/m³
= soortelijke massa
wordt uitgedrukt in ρ (rho).
Op zeeniveau ρ = 1.25 kg/m³
THEORIE VAN HET VLIEGEN
EIGENSCHAPPEN VAN EEN LUCHTSTROMING
Veronderstellingen:
1. Wrijving tussen luchtdeeltjes onderling is verwaarloosbaar
2. Lucht is onsamendrukbaar
Geldt niet voor de grenslaag!
Dit is juist voor snelheden < 400 km/u
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DEFINITIES
Een stroomlijn is een baan van een luchtdeeltje in een stroming die niet in tijd veranderd (stationaire stroming)
Een stroombuis is een pijp waarvan de wand bestaat uit stroomlijnen
THEORIE VAN HET VLIEGEN
TWEE BELANGRIJKE WETTEN
1. Continuïteitswet (Wet van behoud van volume)
Volume dat per tijdseenheid door een doorsnede stroomt blijft constant
A1 x V1 = A2 x V2
THEORIE VAN HET VLIEGEN
TWEE BELANGRIJKE WETTEN (vervolg)
2. Wet van Bernoulli
Gebaseerd op de wet van behoud van arbeidsvermogen
Geeft het verband tussen snelheid en druk
p1 + ½ ρ v1² = p2 + ½ ρ v2² = constant = totale- of energiedruk
P1 = arbeidsvermogen van plaats = statische druk
½ ρ v1² = arbeidsvermogen van beweging = stuwdruk
THEORIE VAN HET VLIEGEN
Wet van Bernoulli (vervolg)
p1 + ½ ρ v1² = p2 + ½ ρ v2² = constant = totale- of energiedruk
De term ½ ρ v² wordt vaak afgekort tot q
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROOMLIJNEN BIJ WRIJVINGSLOZE BOL
De totale druk op de cylinder = 0
(hydrodynamische paradox)
v1=0
p1=p+q
v2=v
p2=p
v3=2v
p3=p-3q
Punt 1
Punt 2
Punt 3
THEORIE VAN HET VLIEGEN
MAAR NU MET WRIJVING
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DIT LEIDT TOT EEN « GRENSLAAG »
In de grenslaag neemt de snelheid van de luchtdeeltjes door afremming af
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DRUKWEERSTAND EN WRIJVINGSWEERSTAND
DRUKWEERSTAND Ddruk = Cdvorm ½ ρ V² S
Cdvorm is afhankelijk van de lichaamsvorm
WRIJVINGSWEERSTAND Dwrijving = Cdwrijving ½ ρ V² S
Cdwrijving is afhankelijk van:
• de stromingsvorm in de grenslaag
• de oppervlakteruwheid
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROMINGSVORMEN
1. Laminaire stromingenLuchtdeeltjes bewegen naast elkaar, langs stroomlijnen
2. Turbulente stromingenUitwisseling van luchtdeeltjes tussen stroomlijnen
Gevolgen van omslag naar turbulente grenslaag:
Grenslaag wordt dikker
Weerstand neemt aanmerkelijk toe
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROMINGSVORMEN: Het loslaten van de grenslaag
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROMING ROND EEN PROFIEL
Raaklijnkoorde
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROMING ROND EEN PROFIEL (vervolg)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROMING ROND EEN PROFIEL (vervolg)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DRAAIENDE CYLINDER (met weerstand)
Wat gebeurt er als de cylinder rechtsom gaat draaien?
Wat is het gevolg van deze actie?
Magnus effect
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DRUKMETING
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STROMING ROND EEN PROFIEL (vervolg)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DRAAGKRACHT
Afhankelijk van vijf factoren:
1. Luchtsnelheid V
2. Vleugeloppervlak S
3. Profieleigenschappen
4. Invalshoek α
5. Luchtdichtheid ρ
ClDe liftformule
L = Cl x ½ ρV² x S
THEORIE VAN HET VLIEGEN
PROFIELWEERSTAND
Drukweerstand
WrijvingweerstandProfielweerstand D= Cd x ½ ρV² x
S
THEORIE VAN HET VLIEGEN
LAMINAIR PROFIEL
Gewoon profiel Laminair profiel
Grootste dikte verder naar achteren
Bollere onderzijde
Omslagpunt verchuift naar achteren
THEORIE VAN HET VLIEGEN
LAMINAIR PROFIEL 2
Uitblaas- gaatjes
NoppenbandZig–zagband
Loslaatblazen, zowel boven als onder
Inlaatbuisje
Uitblaasgaatje
THEORIE VAN HET VLIEGEN
AERODYNAMICA 3D
Definities en begrippen
THEORIE VAN HET VLIEGEN
AERODYNAMICA 3D
Definities en begrippen (vervolg)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DE VLEUGEL IN EEN LUCHTSTROMING
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DE VLEUGEL IN EEN LUCHTSTROMING: Tipwervels
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DE VLEUGEL IN EEN LUCHTSTROMING: Tipwervels (2)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
GEINDUCEERDE WEERSTAND
= de tol die we moeten betalen voor het produceren van lift
Ontstaat door tip omstroming
Winglets kunnen dit « lek » verminderen
Geïnduceerde weerstand is minimaal als:
1. De draagkracht verdeling ellipsvormig is
2. De vleugelslankheid groot is
3. De invalshoek klein, dus als snelheid groot is
(lift induced drag)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
WINGLETS
ASW 28
THEORIE VAN HET VLIEGEN
WINGLETS (2)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
WEERSTANDSVORMEN
Totale weerstand
Vleugelweerstand
Geïnduceerde weerstand
Profielweerstand
Interferentieweerstand
Restweerstand
Schadelijke weerstand
Drukweerstand
Wrijvingweerstand
Wrijvingweerstand
Drukweerstand
Di=Cdi ½ ρ V² S Dprofiel=Cdprof ½ ρ V² SWeerstand van alle delen v.h.vliegtuig behalve vleugel
THEORIE VAN HET VLIEGEN
WEERSTANDSVORMEN (vervolg)
vliegsnelheid
weerstand
Geïnduceerde weerstand
Profielweerstand
Schadelijkeweerstand
snelheidspolairedaal snelheid
THEORIE VAN HET VLIEGEN
INTERFERENTIE WEERSTAND
Extra weerstand als gevolg van onderlinge beïnvloeding van de luchtstromingen over de diverse onderdelen
THEORIE VAN HET VLIEGEN
TOTALE WEERSTAND
Minimum dalen bij minimale totale weerstand, dus als:
Geïnduceerde weerstand gelijk is aan schadelijke weerstand
THEORIE VAN HET VLIEGEN
GEVOLGEN VAN OVERTREK
1. Afname van de draagkracht
2. Sterke toename van de weerstand
3. Verandering van de « aerodynamische momenten »
4. Schudden van het vliegtuig en/of stabilo
THEORIE VAN HET VLIEGEN
INVLOED VAN DE VLEUGELVORM OP DE PLAATS VAN OVERTREK
Wrong of tipverdraaiing
THEORIE VAN HET VLIEGEN
BEINVLOEDING VAN DRAAGKRACHT EN WEERSTAND
Prestatiezweefvliegtuigen hebben welvingskleppen (flaps)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
INVALSHOEKVERANDERING BIJ KLEPUITSLAG
α1
α2
Koorde
Koorde
Luchtstroming
Luchtstroming
Welvingskleppen veranderen het profiel (de welving) en daarmee de instelhoek
THEORIE VAN HET VLIEGEN
BEINVLOEDING VAN DRAAGKRACHT EN WEERSTAND (vervolg)
1. Duikremkleppen
2. Spoilers
THEORIE VAN HET VLIEGEN
Einde eerste deel.
THEORIE VAN HET VLIEGEN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
1. Aerodynamica (stromingsleer)
Krachten en momenten t.g.v. omstromende lucht
2. Vliegmechanica
Beweging van het vliegtuig o.i.v. bovengenoemde krachten
2a. Prestatieleer
Beweging van het vliegtuigzwaartepunt
2b. Vliegeigenschappen
Beweging om het vliegtuigzwaartepunt
THEORIE VAN HET VLIEGEN
VLIEGMECHANICA
Studie van de beweging van het zwaartepunt, o.i.v. zwaartekracht en aerodynamische krachten
• PrestatieleerPrestatieleer
Resultaat: prestaties in stationaire rechtlijnige vlucht en bochten
Studie van vliegtoestanden in
•Stationaire vlucht
•Rechtlijnige vlucht
•Symmetrische vlucht
•Slippende vlucht
Resultaat:
•Krachten- en momenten evenwicht
•Stabiele evenwichtstoestand
•Gemakkelijk gewenste beweging instellen en handhaven
• VliegeigenschappVliegeigenschappenen
THEORIE VAN HET VLIEGEN
G
G1
G2
KRACHTEN EVENWICHT
THEORIE VAN HET VLIEGEN
HOEKEN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
WEERSTANDSVORMEN (vervolg)
vliegsnelheid
weerstand
Geïnduceerde weerstand
Profielweerstand
Schadelijkeweerstand
snelheidspolairedaal snelheid
THEORIE VAN HET VLIEGEN
SNELHEIDSPOLAIRE
THEORIE VAN HET VLIEGEN
INVLOED VAN HET GEWICHT
THEORIE VAN HET VLIEGEN
INVLOED VAN HET GEWICHT (vervolg)
V(nieuw) voor beste glijhoek = V(oud) x √G(nieuw) / √G(oud)
Minimale glijhoek blijft hetzelfde !
Minimale daalsnelheid neemt toe bij > G/S
Vleugelbelasting = Gewicht / Vleugeloppervlak
Variatie door: waterballast Oppervlak vergrotende kleppenLosse opzetstukken
Uitschuifbare vleugeltippen
THEORIE VAN HET VLIEGEN
KRACHTEN IN DE BOCHT
THEORIE VAN HET VLIEGEN
MINIMUM SNELHEID IN DE BOCHT
In de bocht neemt de overtreksnelheid toe met een factor 1/cos
THEORIE VAN HET VLIEGEN
BOCHTSTRAAL V²
g x tgφ
R =
Wat valt hieraan op?
Bochtstraal is onafhankelijk van de massa
THEORIE VAN HET VLIEGEN
ONZUIVERE BOCHTEN
Belastingsfactor n
Vliegsnelheid V
Stap 1: n=(V/Vs1)²
1
2
3
4
5
6
7
Vs1
Stap 2: n max=5.3 (OSTIV) VaStap 3: Vd
Vd
Stap 4: Vne=0.85xVd
VneVa
Niet m
ogel
ijk-1
-2
-3
Niet mogelijkSchade
Schade
Sch
ade
Breuk
Breuk
Breuk (Flutter)
Vs1 = Overtreksnelheid (Stall) bij G=1
Va = Manoeuvreersnelheid
Vd = Design dive speed
Vne = Max. snelheid (Never exceed)
0
AANVLIEGEN VAN EEN THERMIEKBEL
1. Invalshoek wordt groter
2. L neemt toe en gaat iets voorover hellen, waardoor ontbondene in voorwaartse richting ontstaat
3.Vliegtuig versnelt
Gevaar: kan overtrekken door plotselinge α vergroting
THEORIE VAN HET VLIEGEN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
TOLVLUCHT EN SPIRAALDUIK
Tolvlucht (vrille, spin)
• Overtrokken vliegtoestand
• lage belastingen (lage snelheid)
• Optrekken uit duik kan hoge belastingen veroorzaken
Spiraalduik
• Bocht met zo’n grote helling en snelheid dat trekken leidt tot kleinere cirkel-straal en daardoor weer hogere snelheid
• Niet overtrokken
• hoge belastingen (hoge snelheid)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
TOLVLUCHT (vervolg)
• Overtrokken vliegtoestand, met draaing om topas en langsas (autorotatie)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
VLAKTREKKEND MOMENT IN TOLVLUCHT
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DALENDE BOCHT
Welke vleugel overtrekt het eerst?
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STIJGENDE BOCHT
Welke vleugel overtrekt het eerst?
THEORIE VAN HET VLIEGEN
VLIEGEIGENSCHAPPEN
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STUURKRACHTEN
Hoe kunnen we stuurkrachten voldoende klein houden?
Aerodynamisch balanceren:
1. Gunstige keuze van de draaias
2. Hoornbalansvlak
3. Hulproertje = trimvlak
THEORIE VAN HET VLIEGEN
TRIMWERKING
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STATISCHE EN DYNAMISCHE STABILITEIT
Stabiliteit van toestand
Na verstoring ontstaat kracht die oorspronkelijke evenwichtstoestand hersteld
Stabiliteit van beweging
b.v. Flutter =
Dynamisch onstabiel trillings probleem
b.v. door turbulentie andere stand t.o.v. stroming. Aerodynamisch moment herstelt oorspronkelijk evenwicht.
THEORIE VAN HET VLIEGEN
STATISCHE STABILITEIT BIJ VLIEGTUIGEN
Richtingsstabiliteit (t.o.v. de topas)
Rolstabiliteit (t.o.v. de langsas)
Belangrijkst: Langsstabiliteit (t.o.v.de dwarsas)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
LANGS-STABILITEIT
Hoe?
•Minof meer constant drukpunt
•Stabilo ver achter vleugel
•Dimensionering van instelhoek van stabilo
•“Voorlijk” zwaartepunt
THEORIE VAN HET VLIEGEN
RICHTINGS-STABILITEIT
Hoe? Kielvlak (en positieve pijlstelling)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
ROL-STABILITEIT
Hoe?
V-vorm van de vleugel
Ligging v.h. zwaartepunt in verticale zin
THEORIE VAN HET VLIEGEN
ROL-STABILITEIT (vervolg)
THEORIE VAN HET VLIEGEN
DE SLIPPENDE VLUCHT
THEORIE VAN HET VLIEGEN
ROLMOMENT IN SLIPPENDE VLUCHT
THEORIE VAN HET VLIEGEN
FLUTTER
Trillingsvormen van een vleugel
Buiging
Torsie
= Onstabiele trilling
THEORIE VAN HET VLIEGEN
FLUTTER (vervolg)
Vleugel-buiging-torsie trilling Vleugel-rolroer trilling
THEORIE VAN HET VLIEGEN
FLUTTER (vervolg)
Flutter beperking
1. Massa balancering
2. Balanceer gewichten
3. Vergroten van buig- en torsiestijfheid
4. Minimale speling in de stuurorganen
THEORIE VAN HET VLIEGEN
Einde deel 2
THEORIE VAN HET VLIEGEN