Deze demo bevat fragmenten van de originele tekst. Onderstaande onderwerpen worden uitgebreid behandeld op de Cd-rom.  

De krachten die inwerken op de vliegtuigconstructie zijn:

• Torsiekrachten

• Duwkrachten

• Trekkrachten

• Buigingskrachten

• Afschuivingskrachten

Vleugelonderdelen: 

De vleugels zorgen voor de draagkracht (lift) die het vliegtuig doet opstijgen. De vleugels zijn gemaakt met een zekere flexibiliteit om de krachten die op de vleugel komen te staan op te kunnen vangen zonder te scheuren of te breken. Aan de achterkant van de vleugel (Engels: Trailing edge) vinden we de vleugelkleppen (Engels: Flaps) en op de uiteinden van de achterzijde vleugels bevinden zich de rolroeren (Engels: Ailerons).

Soms bevindt zich aan de voorkant van de vleugel (Engels: Leading edge) een zgn. Slat. Een slat heeft dezelfde functie als een flap, namelijk het vergroten van de draagkracht van de vleugel. 

De draagkracht kan door flap en/of slat vergroot worden door deze onderdelen uit te schuiven of ‘neer te laten’. Een combinatie van neerlaten en uitschuiven is ook mogelijk en kan de draagkracht van de vleugel aanzienlijk vergroten. Slats zijn tamelijk uniek bij sportvliegtuigen en worden niet vaak gemonteerd.

Stuurvlakken:

De rolroeren zorgen ervoor dat het vliegtuig gaat rollen. De rolbeweging is belangrijk voor het maken van een bocht. De rolroeren werken tegengesteld aan elkaar. Dus als het rolroer van de linkervleugel omhoog beweegt, zal het rolroer van de rechtervleugel naar beneden bewegen. De rolroeren worden bediend door de stuurknuppel (of het stuurwiel) naar links of rechts te bewegen. Op de tekening staat een van voren bezien vliegtuig zonder en met uitslagen van de rolroeren. Stuurknuppel naar rechts geeft een rolbeweging naar rechts. Stuurknuppel naar links geeft een rolbeweging naar links.

De rolroeren bevinden zich op het uiteinde van de vleugels omdat zij dan grotere krachten kunnen opwekken dan wanneer de roeren meer naar de romp geplaatst zouden zijn. Rolroeren kunnen zijn voorzien van trimvlakken. Dit zijn kleine beweegbare gedeelten van de rolroeren die (stuur-)krachten kunnen neutraliseren of verminderen. 

De vleugels herbergen naast rolroeren en flaps ook vaak één of meerdere brandstoftanks. Veel sportvliegtuigen hebben één brandstoftank in iedere vleugel. 

Het staartgedeelte bestaat uit een verticaal gedeelte, het kielvlak (Engels: Vertical stabiliser) en meestal twee horizontale gedeelten, de horizontale stabilo’s (Engels: Horizontal stabiliser). De staartvlakken zorgen voor stabiliteit en geven de mogelijkheid om van hoogte te veranderen en bochten te maken. Het kielvlak is aan de achterzijde voorzien van een draaibaar gedeelte dat we richtingsroer noemen (Engels: Rudder). Het richtingsroer zorgt ervoor dat de neus van het vliegtuig naar links of rechts kan zwenken. Dit noemen we het gieren van het vliegtuig.

Ook het richtingsroer kan zijn voorzien van een trimvlak. Het richtingsroer wordt bediend door de roerpedalen (ook wel het voetenstuur genoemd). Zie de onderstaande foto. 

Intrappen van het linker roerpedaal geeft een gierbeweging naar links.  Intrappen van het rechter roerpedaal geeft een gierbeweging naar rechts.

Het horizontale gedeelte van de staart noemen we horizontaal stabilo of horizontaal staartvlak. Als het horizontaal stabilo aan de achterzijde is voorzien van een beweegbaar gedeelte, noemen we dat hoogteroer. Zie onderstaande foto. 

Het naar boven uitstekende gedeelte van het hoogteroer noemen we hoornbalans (zie geel kader).  Overigens, zijn niet alle vliegtuigtypen voorzien van een hoornbalans. Dit werking van het hoornbalans wordt in een later stadium besproken.

Het horizontaal stabilo kan ook in z’n geheel als hoogteroer dienen. In dat geval beweegt het hele horizontale stabilo op –en neer en noemen we het een stabilator.

De hoogteroeren of de stabilator zorgen ervoor dat het vliegtuig met de neus naar boven of beneden kan bewegen. Deze bewegingen noemen we stampen. Trekt de vlieger de stuurknuppel naar achteren, dan zal het vliegtuig met de neus naar boven bewegen. Duwen de vlieger de stuurknuppel naar voren, dan het vliegtuig met de neus naar beneden bewegen. Op de tekeningen zien we het bewegen van een hoogteroer c.q. het stabilator en de effecten op het vliegtuig.

vliegtuig met hoogteroeren		vliegtuig met stabilatoren

Een hoogteroer kan zijn voorzien van een trimvlak. Op de foto is het hoogteroer geel omkaderd en is het trimvlak rood omkaderd.

De stabilator of de hoogteroeren worden bediend door de stuurknuppel naar voren te duwen of naar achteren te trekken. Het trimvlak wordt bediend door aan het trimwiel te draaien en werkt tegengesteld aan de stand van het hoogteroer.

Laten we de stuurvlakken en bedieningsorganen samenvatten: 

• Stuurknuppel links/rechts: rolroeren in beweging: vliegtuig gaat rollen. 

• Stuurknuppel voor/achter: hoogteroeren in beweging: vliegtuig gaat stampen. 

• Roerpedalen links/rechts: richtingsroer in beweging: vliegtuig gaat gieren.

Definities:

Een vliegtuig kan worden omschreven als: ‘Een luchtvaartuig zwaarder dan lucht met een voortstuwingsinrichting’. Omdat deze beschrijving ook een helikopter zou kunnen omvatten, geven we de omschrijving van een vleugelvliegtuig. Een vleugelvliegtuig kan worden omschreven als: ‘Een vliegtuig dat dynamisch in de lucht kan worden gehouden door reactiekrachten op vlakken die bij eenzelfde vliegtoestand niet van stand hoeven te veranderen’. Als we het hebben over ‘vliegtuig’ dan bedoelen we een vliegtuig met één zuigermotor. In het Engels noemen we dit Single Engine Piston (SEP) aircraft. Hoewel wij ons richten op de categorie SEP Aircraft, zijn de wetten van de aërodynamica van toepassing op alle soorten vliegtuigen.

De gezagvoerder of Pilot in command (PIC) is verantwoordelijk voor een goede en veilige vluchtuitvoering. Op deze plaats zullen wij de gezagvoeder of PIC benoemen als vlieger

VFR en IFR vluchten:

Het Private Pilot Licence-Aircraft (PPL-A) geeft de mogelijkheid om onder zichtvliegregels te mogen vliegen in sportvliegtuigen. De houder van een PPL-A mag als bestuurder van een luchtvaartuig optreden, zij het zonder daarvoor baat of een vergoeding te ontvangen. Met andere woorden; Degene met een PPL-A brevet mag zich niet laten betalen voor het besturen van een vliegtuig.

Zichtvliegregels noemen we in het Engels Visual Flight Rules en korten we af tot VFR. De zichtvliegregels bestaan uit een aantal voorschriften omtrent weersomstandigheden en vliegzicht. Bij VFR vluchten wordt bij het besturen van het vliegtuig uitgegaan van hetgeen de vlieger door het raam van zijn cockpit kan waarnemen. Het vliegtuig wordt dus op zicht bestuurd. Daarom moet het zicht zodanig zijn dat ander vliegverkeer bijtijds kan worden gezien. VFR vluchten mogen alleen tijdens de daglichtperiode gevlogen worden, waarbij de weersomstandigheden vallen onder de zichtweersomstandigheden. In het Engels noemen we de zichtweersomstandigheden; Visual Meteorological Conditions, afgekort tot VMC. De daglichtperiodes staan vermeld in de VFR-gids en op Teletekst pagina 707; weersverwachting voor de luchtvaart.

Als voorafgaand aan een vlucht blijkt dat de VMC worden overschreden, is de VFR vlucht op dat moment onmogelijk geworden. Op dit punt is het belangrijk dat u weet wat er in algemene lijnen bedoeld wordt als er gesproken wordt over een VFR vlucht.

De afkorting IFR staat voor Instrument Flight Rules of instrumentvliegregels. IFR vluchten mogen ook buiten de daglichtperiode uitgevoerd worden, waarbij de weersomstandigheden vallen onder de Instrument Meteorological Conditions, afgekort tot IMC. Met de toevoeging IR (Instrument Rating) aan het PPL-A brevet zijn vluchten onder instrumentvliegregels toegestaan.

Als er gesproken wordt over een gecontroleerde vlucht, bedoeld men een vlucht waaraan luchtverkeersleiding gegeven wordt. Aan een ongecontroleerde vlucht wordt geen luchtverkeersleiding gegeven. VFR vluchten kunnen zowel gecontroleerd als ongecontroleerd plaatsvinden.

Hoogte, afstand, snelheid en tijd in de luchtvaart: 

De hoogtemeting wordt in de luchtvaart weergegeven in voeten of in het Engels feet, afgekort tot ft. 1 meter = 3.28 ft. 1 foot = 0.305 meter.		De afstand wordt in de luchtvaart (meestal) weergegeven in zeemijlen of in het Engels Nautical Mile, afgekort tot NM. 1 NM = 1852 meter of 1,852 kilometer.		De snelheid wordt in de luchtvaart weergegeven in knopen of in het Engels Knots afgekort tot Kts. 1 Knoop (kt) staat gelijk aan één zeemijl per uur. 1 knoop (kt) = 1852 meter of 1,852 kilometer per uur.

De atmosfeer:

De atmosfeer van onze aarde wordt onderverdeeld in verschillende sferen en pauzes. Aan het aardoppervlak grenst de troposfeer. Daarboven ligt de stratosfeer. Tussen de troposfeer en de stratosfeer ligt de tropopauze. De hoogte van de Troposfeer varieert en ligt aan de polen gemiddeld op 7.000 meter en bij de evenaar op zo’n 20.000 meter. In de Troposfeer vinden we onze weersverschijnselen. In de Troposfeer daalt de temperatuur met toenemende hoogte. In de Troposfeer vinden de VFR vluchten met sportvliegtuigen plaats. Onderin de Stratosfeer vliegen de meeste straalvliegtuigen en onder extreme situaties kunnen ook zweefvliegtuigen tot onderin de Stratosfeer doordringen. In de Stratosfeer is geen ‘weer’. Bij uitzondering kunnen de bovenste gedeelten van grote onweerswolken doordringen tot de onderste laag van de Stratosfeer. Vanaf het aardoppervlak is de atmosfeer onderverdeeld in de volgende sferen en pauzes: 

• Troposfeer 

• Tropopauze 

• Stratosfeer 

• Stratopauze 

• Mesosfeer 

• Mesopauze 

• Thermosfeer/ionosfeer 

• Thermopauze/ionopauze 

• Exosfeer 

Lucht: 

Luchtdruk: 

Luchtdruk is de druk die lucht uitoefent. Meer specifiek is luchtdruk de kracht die het gewicht van een verticale kolom lucht op 1 m² aardoppervlak uitoefent uitgedrukt in hectoPascal afgekort tot hPa. Onderin de verticale kolom lucht is de druk het hoogst. Naarmate we stijgen, neemt de druk af. Dat komt omdat met hoogte het aantal aanwezige luchtdeeltjes (luchtmoleculen) per volume lucht afneemt.

Onderin de kolom zitten dus meer luchtdeeltjes per volume lucht dan in de hogere regionen van de kolom lucht. Niet alleen door hoogte kan de luchtdruk afnemen. Ook door verwarming van lucht neemt de luchtdruk af. Warme lucht zet immers uit en daardoor zijn er minder luchtdeeltjes per volume lucht aanwezig. Door afkoeling wordt de luchtdruk hoger. Door verwarming wordt de luchtdruk lager.

Hoe minder luchtdeeltjes per volume lucht, hoe lager de luchtdruk. Hoe meer luchtdeeltjes per volume lucht, hoe hoger de luchtdruk.

Hoewel we het ons vaak niet bewust zijn, staan we dus onder constante (lucht-)druk. De kolom lucht boven ons drukt op onze schouders met een kracht van 1 kilogram per cm².

De ISA:

De temperatuur en luchtdruk zijn constant in beweging en vertonen daarom voortdurend verschillen. Omwille van uniformiteit heeft de International Civil Aviation Organisation (ICAO) een theoretische atmosfeer gecreëerd. Dit is de Internationale Standaard Atmosfeer of ISA. De ISA wordt ook wel de ‘reken atmosfeer’ genoemd omdat men overal ter wereld, onder verschillende omstandigheden uit kan gaan van dezelfde kaders en waarden. Met de ISA kunnen instrumenten worden geijkt en kunnen prestaties worden vergeleken. De ISA komt overeen met het gemiddelde ‘weer’ op 45 graden noorderbreedte.

De ISA wordt o.a. gebruikt bij het maken weersverwachtingen, het ijken (= kalibreren) van de vlieginstrumenten en het berekenen van vliegtuigprestaties.

De ISA waarden zijn: 

• De temperatuur op gemiddeld zeeniveau (Mean Sea Level of MSL) is +15 graden Celsius, ook geschreven als 15 ⁰ C. 

• Met hoogte neemt de temperatuur af met 0,65 ⁰ C per 100 meter of 1,98 ⁰ C per 1.000 ft. Deze waarde ronden we vaak af op 2 ⁰ C per 1.000 ft. 

• De luchtdruk op gemiddeld zeeniveau of MSL is 1013,25 hectoPascal (hPa) of 29,92 inch kwikdruk (Hg). 

• Met hoogte neemt de luchtdruk af met 12,5 hPa per 100 meter of 1 hPa per 27 ft. Deze regel geldt tot ongeveer 5.000 ft. hoogte. 

• De luchtdichtheid op gemiddeld zeeniveau of MSL is 1,225 kilogram per m³. 

• De Tropopauze ligt op 11 km. hoogte of 36.090 ft. en de druk bij de Tropopauze is 226.3 hPa. 

De ISA gaat uit van droge lucht in de atmosfeer. Een simpele formule geeft de omrekening van inch kwikdruk naar hectoPascal. Door de Hg te vermenigvuldigen met het getal 33,87 verkrijgt men (ongeveer) de hPa. Bijvoorbeeld 29,92 (Hg) x 33,87 = 1013, 39 (hPa). 

Vroeger werd de luchtdruk weergegeven in millibaren (mb), tegenwoordig gebruiken we hectoPascal (hPa). Omrekentabel: 1 hPa = 1 mb. De luchtdruk volgens ISA waarden op MSL = 29,92 Hg = 1013,25 hPa = 1013,25 mb = 1 atmosfeer. 

Aërodynamica:

Na deze eerste kennismaking met het vliegtuig en de ISA gaan we dieper in op de theorie die achter het vliegen schuilgaat. We vervolgen ons verhaal met enige beginselen uit de aërodynamica. De term aërodynamica stamt af van het Griekse aer (= lucht) en dunamis (= kracht). Het is de wetenschap die zich bezighoudt met de stromingen van lucht en andere gassen om lichamen. Er wordt in de aërodynamica onderscheid gemaakt in toepassingsgebieden. Eén daarvan is de luchtvaartaërodynamica. De luchtvaartaërodynamica omvat alle problemen die vliegtuigen ondervinden bij hun vlucht door de atmosfeer. 

De aërodynamica kan worden ingedeeld volgens ‘de invloed van de samendrukbaarheid van een gas op de stroming’. Lucht is immers ook een gas. Tot snelheden van 300-500 km per uur blijft de dichtheid van de lucht nagenoeg constant. Bij deze snelheden is lucht onsamendrukbaar. Bij hogere snelheden verandert de dichtheid van de lucht in de stroming en wordt lucht wel samendrukbaar. Kortom; voor de theorie van het sportvliegen gaan we uit van de onsamendrukbaarheid -en constante dichtheid van lucht bij snelheden tot 500 km per uur. De aërodynamica bij deze snelheden is eigenlijk gelijk aan de hydrodynamica. 

Lift:

De vleugels van een vliegtuig leveren de draagkracht om te kunnen vliegen. Deze draagkracht wordt ook wel lift genoemd. Wij zullen beide termen hierna door elkaar gebruiken. Door de draagkracht wordt de zwaartekracht overwonnen en kan een vliegtuig opstijgen. Er zijn verschillende theorieën die lift trachten te verklaren. De verschillende theorieën verklaren slechts gedeeltelijk het ontstaan van lift. Er is geen allesomvattende theorie die draagkracht verklaard. We behandelen Newton, de continuiteitswet en Bernoulli als verklaring voor het ontstaan van lift. 

Newton: 

De Newtoniaanse lifttheorie: Volgens de 3^de wet van Newton (1642-1727) ook wel de reactiewet genoemd, staat voor iedere actie een even grote tegengestelde reactie, kortom; actie = reactie. Lift ontstaat als een vlak voorwerp onder een schuine hoek geplaatst wordt en er lucht tegen de onderkant aanbotst. Als de luchtdeeltjes de onderkant raken, geven ze energie af aan de onderkant van de vleugel die daardoor naar boven geduwd wordt. De luchtdeeltjes worden door de botsing met de onderkant van de vleugel naar beneden afgebogen.

Toch kan lift ook ontstaan bij een vleugel die niet onder een bepaalde hoek geplaatst wordt. Bovendien houdt Newton geen rekening met de bovenkant van de vleugel, de luchtdichtheid en de eigenschappen van lucht ten opzichte van de bovenkant van de vleugel. Volgens Newton zou de bovenkant net zo goed hoekig kunnen zijn. Wij weten inmiddels na onderzoek dat een hoekige bovenzijde van een vleugel niet zo geweldig vliegt.

Newton’s principe lijkt een belangrijke rol te spelen bij snelheden die ver boven de snelheid van het geluid liggen (de snelheid van het geluid is ongeveer 1200 km per uur) en bij een lage luchtdichtheid op zeer grote hoogte. Dit zijn snelheden en hoogten die niet zijn weggelegd voor sportvliegtuigen. We zullen ons dan ook niet bezighouden met dergelijke snelheden of hoogten voor de theorie van het sportvliegen.

De continuïteitswet:

Hoewel deze wet geen verklaring voor lift tracht te geven noemen we hem toch in dit verband omdat de continuïteitswet de basis vormt voor begrip van lift en de hierna te noemen wet van Bernoulli. Als een hoeveelheid massa een pijp instroomt, moet deze hoeveelheid er ook weer uitstromen. Met andere woorden, massa gaat niet verloren. De stroomsnelheid (v) x doorsnede oppervlak (A) = gelijk. In formule: v x A = constant. Kijk maar naar het voorbeeld op de tekening. De stroomsnelheid (v) van de inlaat is 20 meter per seconde, het doorsnede oppervlak (A) is 40 cm. De stroomsnelheid van de uitlaat is verdubbeld naar 40 meter per seconde omdat het doorsnede oppervlak gehalveerd is naar 20 cm. Als het doorsnede oppervlak verandert (kleiner wordt), moet ook de stroomsnelheid veranderen (groter worden).

Bernoulli:

De lifttheorie van de langste weg: Voor deze lifttheorie moeten we meer weten over de in Nederland geboren, Zwitserse wetenschapper Daniël Bernoulli (1700-1782). Hij legde het verband tussen druk in een stroming en snelheid van die stroming. De snelheid neemt toe als de druk afneemt en omgekeerd. Er gaat dus nooit energie verloren.

Volgens Bernoulli ontstaat lift door het verschil in luchtdichtheid onder -en boven de vleugel. De luchtdeeltjes aan de bovenkant van de vleugel moeten een langere weg afleggen dan de luchtdeeltjes aan de onderkant. De bovenkant van de vleugel moet dus boller zijn dan de onderkant, zodat de luchtdeeltjes aan de bolle bovenkant een langere weg moet afleggen om van voor naar achter te komen.

De luchtdeeltjes die langs de bovenkant bewegen, zullen sneller gaan ten opzichte van de luchtdeeltjes aan de onderkant. Er ontstaat een stromingspatroon met aan de bovenkant (gedeelte A op bovenstaande tekeningen) van de vleugel een lagere druk in vergelijking met de onderkant (gedeelte B op dezelfde tekeningen). De lagere druk aan de bovenkant van de vleugel ‘zuigt’ de vleugel naar boven. Met andere woorden; de onderdruk aan de bovenkant van de vleugel zorgt voor de draagkracht.

Toch klopt het principe van Bernoulli niet helemaal. Bernoulli gaat er van uit dat twee luchtdeeltjes aan de voorkant van de vleugel tegelijk vertrekken en elkaar aan de achterkant tegelijk weer ontmoeten. Hierbij beweegt het ene deeltje langs de onderkant en het andere langs de bovenkant. Omdat het ene deeltje langs de bolle bovenkant stroomt, zal het dus sneller moeten bewegen dan het deeltje langs de onderkant. In de werkelijkheid ‘weten’ de deeltjes niets van de positie van elkaar. Bovendien zijn er ook vleugels die juist aan de onderkant een langere weg voor luchtdeeltjes veroorzaken. Tegengesteld aan wat de theorie voorspelt, leveren ook deze vleugels lift.

Uit onderzoek is gebleken dat de luchtstroom aan de bovenkant van een vleugel sneller gaat ten opzichte van de luchtstroom aan de onderkant van een vleugel. Daardoor ontstaan drukverschillen tussen de onder –en bovenkant van de vleugel. De snelheid van de luchtstroom aan de bovenkant van een vleugel is in werkelijkheid veel groter en ook de lift is veel groter dan wat de theorie doet voorspellen.

Voorlopig is lift een kracht op de vleugel die optreedt in bewegende lucht en ontstaat door verschillen in snelheid van de lucht om de vleugel heen. 

U kunt de gehele tekst op Cd-rom bestellen via de bestelpagina.