THEORIE VAN HET VLIEGEN

THEORIE VAN HET VLIEGEN

En, denk je dat dit zal vliegen?

Natuurlijk, ik heb toch de cursus aerodynamica gevolgd!

L=Cl½V²S



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


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


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


DRUK OF SPANNING

Druk is kracht per oppervlakte-eenheid

1 Pascal = 1 Newton / 1 m²

Eenheid van druk is de Pascal


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


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


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


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


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


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


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


MAAR NU MET WRIJVING


DIT LEIDT TOT EEN « GRENSLAAG »

In de grenslaag neemt de snelheid van de luchtdeeltjes door afremming af


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


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


STROMINGSVORMEN: Het loslaten van de grenslaag


STROMING ROND EEN PROFIEL

Raaklijnkoorde


STROMING ROND EEN PROFIEL (vervolg)


DRAAIENDE CYLINDER (met weerstand)

Wat gebeurt er als de cylinder rechtsom gaat draaien?

Wat is het gevolg van deze actie?

Magnus effect


DRUKMETING


STROMING ROND EEN PROFIEL (vervolg)


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


PROFIELWEERSTAND

Drukweerstand

WrijvingweerstandProfielweerstand D= Cd x ½ ρV² x

S


LAMINAIR PROFIEL

Gewoon profiel Laminair profiel

Grootste dikte verder naar achteren

Bollere onderzijde

Omslagpunt verchuift naar achteren


LAMINAIR PROFIEL 2

Uitblaas- gaatjes

NoppenbandZig–zagband

Loslaatblazen, zowel boven als onder

Inlaatbuisje

Uitblaasgaatje


AERODYNAMICA 3D

Definities en begrippen


AERODYNAMICA 3D

Definities en begrippen (vervolg)


DE VLEUGEL IN EEN LUCHTSTROMING


DE VLEUGEL IN EEN LUCHTSTROMING: Tipwervels


DE VLEUGEL IN EEN LUCHTSTROMING: Tipwervels (2)


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)


WINGLETS

ASW 28


WINGLETS (2)


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


WEERSTANDSVORMEN (vervolg)

vliegsnelheid

weerstand


Profielweerstand

Schadelijkeweerstand

snelheidspolairedaal snelheid


INTERFERENTIE WEERSTAND

Extra weerstand als gevolg van onderlinge beïnvloeding van de luchtstromingen over de diverse onderdelen


TOTALE WEERSTAND

Minimum dalen bij minimale totale weerstand, dus als:

Geïnduceerde weerstand gelijk is aan schadelijke weerstand


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


INVLOED VAN DE VLEUGELVORM OP DE PLAATS VAN OVERTREK

Wrong of tipverdraaiing


BEINVLOEDING VAN DRAAGKRACHT EN WEERSTAND

Prestatiezweefvliegtuigen hebben welvingskleppen (flaps)


INVALSHOEKVERANDERING BIJ KLEPUITSLAG

α1

α2

Koorde

Koorde

Luchtstroming

Luchtstroming

Welvingskleppen veranderen het profiel (de welving) en daarmee de instelhoek


BEINVLOEDING VAN DRAAGKRACHT EN WEERSTAND (vervolg)

1. Duikremkleppen

2. Spoilers


Einde eerste deel.



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


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


G

G1

G2

KRACHTEN EVENWICHT


HOEKEN


WEERSTANDSVORMEN (vervolg)

vliegsnelheid

weerstand


Profielweerstand

Schadelijkeweerstand

snelheidspolairedaal snelheid


SNELHEIDSPOLAIRE


INVLOED VAN HET GEWICHT


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


KRACHTEN IN DE BOCHT


MINIMUM SNELHEID IN DE BOCHT

In de bocht neemt de overtreksnelheid toe met een factor 1/cos


BOCHTSTRAAL V²

g x tgφ

R =

Wat valt hieraan op?

Bochtstraal is onafhankelijk van de massa


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



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)


TOLVLUCHT (vervolg)

• Overtrokken vliegtoestand, met draaing om topas en langsas (autorotatie)


VLAKTREKKEND MOMENT IN TOLVLUCHT


DALENDE BOCHT

Welke vleugel overtrekt het eerst?


STIJGENDE BOCHT

Welke vleugel overtrekt het eerst?


VLIEGEIGENSCHAPPEN


STUURKRACHTEN

Hoe kunnen we stuurkrachten voldoende klein houden?

Aerodynamisch balanceren:

1. Gunstige keuze van de draaias

2. Hoornbalansvlak

3. Hulproertje = trimvlak


TRIMWERKING


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.


STATISCHE STABILITEIT BIJ VLIEGTUIGEN

Richtingsstabiliteit (t.o.v. de topas)

Rolstabiliteit (t.o.v. de langsas)

Belangrijkst: Langsstabiliteit (t.o.v.de dwarsas)


LANGS-STABILITEIT

Hoe?

•Minof meer constant drukpunt

•Stabilo ver achter vleugel

•Dimensionering van instelhoek van stabilo

•“Voorlijk” zwaartepunt


RICHTINGS-STABILITEIT

Hoe? Kielvlak (en positieve pijlstelling)


ROL-STABILITEIT

Hoe?

V-vorm van de vleugel

Ligging v.h. zwaartepunt in verticale zin


ROL-STABILITEIT (vervolg)


DE SLIPPENDE VLUCHT


ROLMOMENT IN SLIPPENDE VLUCHT


FLUTTER

Trillingsvormen van een vleugel

Buiging

Torsie

= Onstabiele trilling


FLUTTER (vervolg)

Vleugel-buiging-torsie trilling Vleugel-rolroer trilling


FLUTTER (vervolg)

Flutter beperking

1. Massa balancering

2. Balanceer gewichten

3. Vergroten van buig- en torsiestijfheid

4. Minimale speling in de stuurorganen


Einde deel 2

THEORIE VAN HET VLIEGEN

Documents

Transcript of THEORIE VAN HET VLIEGEN