Principles of flight

Principles of Flight & Aircraft General
Knowledge

Het vliegtuig:

Als eerste kennismaking gaan we het vliegtuig van dichtbij bekijken en
een aantal onderdelen benoemen.

Op de foto’s onderscheiden we de romp, de cabine, de propeller, het
motorcompartiment, de vleugel en het staartgedeelte.

romp cabine

propeller motorcompartiment

vleugel staartgedeelte

We onderscheiden vliegtuigen in verschillende configuraties. Zo kunnen
we als voorbeeld de dubbeldekker en de eendekker onderscheiden. Op de
onderstaande tekening een vooraanzicht van dubbeldekker (twee vleugels
boven elkaar) en de eendekker (één vleugel).

Daarnaast kennen we de hoogdekker (vleugel bovenaan de romp),
middendekker (vleugel aan het midden van de romp) en laagdekker
(vleug onderaan de romp):

Sommige vliegtuigen hebben een zogenaamde canard configuratie. De
canard wordt ook neusvleugel genoemd. Bij een dergelijke configuratie is
het horizontale gedeelte van de staart vóór de vleugel geplaatst. Soms
wordt de propeller en de motor bij canard configuraties achter aan de
romp gemonteerd. De propeller zorgt in dat geval niet voor trekkracht
maar voor stuwkracht. In feite was de ‘Flyer’ van de gebroeders Wright
ook een canard configuratie. De canard of neusvleugel is aan de voorzijde
van de romp geplaatst en vervangt het horizontale gedeelte van de staart.

Zoals we later nog zullen leren, levert een conventionele configuratie,
waar het horizontale gedeelte van de staart achter de vleugel geplaatst is,
neerwaartse -of negatieve lift. De canard levert opwaartse –of positieve
lift. De rode pijlen stellen de lift voor; lift = draagkracht.

De canard of neusvleugel levert extra positieve lift naast de lift die wordt
opgewerkt door de vleugel. De canard zou in dus meer lift en daarmee
ook betere vliegprestaties moeten leveren. Echter, dit is niet altijd het
geval. De canard wordt meestal vóór het zwaartepunt van het vliegtuig
gemonteerd. Daarmee wordt het vliegtuig minder stabiel en ook minder
handelbaar voor de vlieger.

Tot zover de canard configuratie die betrekkelijk zeldzaam is in de ‘kleine
luchtvaart’. Wij gaan in ons verhaal uit van een configuratie waarbij het
horizontale gedeelte van de staart achter de vleugel is geplaatst. Dit is
verreweg de meest gebruikte configuratie.

De romp van het vliegtuig herbergt het motorcompartiment, de cabine en
het bagagecompartiment. Het brandschot vormt de scheiding tussen het
motorcompartiment en de cabine en biedt de inzittenden bescherming
indien er brand uitbreekt in het motorcompartiment. Op de onderstaande
foto is het brandschot rood omkaderd.

De romp van een vliegtuig kan op verschillende manieren zijn
geconstrueerd. Sommige vliegtuigen hebben een geraamte van (licht-)
metaal met lengte –en dwarsliggers (Engels: Longerons en Cross bars)
om de verschillende soorten krachten op te vangen. Het geraamte is
omspannen met een ‘huid’ van (licht-) metaal, kunststof of doek.

De krachten die inwerken op de vliegtuigconstructie zijn:

• torsiekrachten
• duwkrachten
• trekkrachten
• buigingskrachten
• afschuivingskrachten

Sommige vliegtuigfabrikanten maken gebruik van composiet materialen
voor de romp en voor de vleugels. Composiet materialen zijn licht en zeer
sterk. De romp kan dan bestaan uit een (semi-) monocoque. De romp zelf
wordt dan het dragend gedeelte met als voordeel dat de krachten die de
romp te verduren krijgt vrijwel geheel worden opgevangen door de ‘huid’
en niet door de longerons en cross bars. Een (semi-) monocoque is lichter
en sterker dan klassieke rompontwerpen. Nadeel van het gebruik van
composiet materialen is het hoge prijskaartje. Ook wat betreft reparaties
en onderdelen.

De cabine biedt plaats aan de inzittenden (in vliegtermen; de bemanning)
van het vliegtuig. In de cabine bevindt zich ook de cockpit. De cockpit is
voorzien van een dubbele bediening zodat personen op de voorste stoelen
het vliegtuig kunnen besturen. Er zijn twee stuurwielen en twee paar
roerpedalen gemonteerd.

Hoewel wij hier het ‘stuur’ van een vliegtuig zullen omschrijven als
‘stuurknuppel’, zijn sommige sportvliegtuigen voorzien van een
stuurkolom of stuurwiel. Op de bovenstaande foto zijn twee stuurwielen te
zien. De stuurwielen kunnen naar links en rechts gedraaid worden en
kunnen in –en uitgetrokken worden. De stuurknuppel kan naar
links/rechts en naar voren/achteren bewogen worden om het vliegtuig van
richting te doen veranderen. De principewerking van een stuurknuppel en
stuurwiel blijft hetzelfde.

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. Op de onderstaande foto is
de slat rood omkaderd.

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.

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
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. 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 hoogteroer

vliegtuig met stabilator

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. Op de foto is het trimwiel rood omkaderd.

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

Als het vliegtuig geparkeerd staat op de grond kunnen de roeren worden
vastgezet om schade te voorkomen door bijvoorbeeld de wind. Dit
‘klemmen’ van de roeren vindt plaats met zogenaamde control locks. Niet
vergeten de control locks vóór vertrek te verwijderen!

Het landingsgestel bestaat meestal uit wielen maar kan ook zijn voorzien
van ski’s (landen op sneeuw) of drijvers (landen op water). Wij gaan hier
uit van het meest toegepaste landingsgestel, namelijk een landinggestel
bestaande uit drie wielen: Twee hoofdwielen en een bestuurbaar neuswiel.
Op de foto zijn de hoofdwielen rood omkaderd en het neuswiel geel
omkaderd.

Een dergelijke configuratie wordt ook wel driepuntsonderstel (Engels:
Tricycle undercarriage) genoemd. Er bestaan ook andere configuraties
waaronder die met één klein staartwiel en twee hoofdwielen onder die
vleugels of romp. Een dergelijke configuratie van het landingsgestel
noemen we in het Engels: Tailwheel undercarriage. Het staartwieltje wordt
ook wel zwenkwiel genoemd. Het sturen van een dergelijke vliegtuig op
de grond (tijdens het taxiën) gebeurt via het richtingsroer. Sturen is dus
alleen mogelijk als er voldoende luchtstroming tegen het richtingsroer
botst om het vliegtuig te doen gieren naar links of rechts. Denk in dit
verband aan de luchtstroming die wordt opgewekt door de propeller.

Wij gaan uit van de eerstgenoemde configuratie met twee hoofdwielen
onder de vleugels of romp en één draaibaar neuswiel dat zich onder het
motorcompartiment bevindt. Met het neuswiel kan de vlieger het vliegtuig
van richting laten veranderen als het zich op de grond bevindt. Het
voetenstuur bedient het neuswiel via stangen, kabels of een combinatie
van beiden. Het voetenstuur bedient zoals gezegd ook het richtingsroer.

Tijdens de landing is het de bedoeling dat het vliegtuig als eerste de grond
raakt met de hoofdwielen. Het neuswiel raakt als laatste de grond. Op de
hoofdwielen rust namelijk het grootste gedeelte van het vliegtuiggewicht.
De hoofdwielen vangen dus de grootste krachten op en zijn om die reden
zwaarder uitgevoerd dan het neuswiel. Dit geldt ook voor de
schokdemping. Van sommige vliegtuigen zijn de hoofdwielen uitgerust
met een schokdempingssysteem bestaande uit bladveren. Andere
vliegtuigen zijn voorzien van telescopische schokdemping middels een
hydraulisch-pneumatisch systeem. Het neuswiel is altijd uitgevoerd met
een hydraulisch (= vloeistof) pneumatisch (= gas/lucht)
dempingssysteem.

Het basisprincipe van hydraulisch-pneumatische vering is simpel: De
demper bestaat uit een zuiger en een cilinder die als een telescoop in –en
uit elkaar kunnen schuiven. De holle zuiger is gevuld met olie en de
cilinder is gevuld met een gas (lucht is ook een gas). Tussenbeide bestaat
één smalle doorgang. Sommige dempers zijn uitgevoerd met meerdere
smalle doorgangen tussen zuiger en cilinder. Als er nu gewicht op de
demper komt, wordt de olie met kracht door de smalle doorgang(en)
geperst. Zowel de olie als het gas worden samengedrukt. In dit proces
wordt veel (bewegings-) energie geabsorbeerd door de samengeperste
olie en het gas. Met andere woorden; de beweging wordt gedempt. Zie
onderstaande tekening.

Neuswielen kunnen voorzien zijn van een zgn. Torque link. Deze torque
link is een schaarverbinding tussen zuiger en cilinder van de schokdemper
die voorkomt dat het neuswiel ongewenste draaibewegingen kan maken.
De zuiger kan immers vrij kan ronddraaien in de cilinder! Zonder torque
link zou het neuswiel onbedoeld 3600 kunnen draaien. Op onderstaande
foto is de torque link rood omkaderd.

Sommige vliegtuigen zijn voorzien van een zogenaamde Shimmy demper.
Shimmy is de benaming voor hoogfrequente trillingen van het neuswiel bij
een bepaalde luchtsnelheid als het vliegtuig een gierende beweging
maakt. De trillingen worden via de romp en voetpedalen doorgegeven aan
de vlieger. De shimmy demper is in feite een aparte schokdemper die
deze trillingen opvangt en neutraliseert. Op de onderstaande foto is de
shimmy demper rood omkaderd.

De banden van het landingsgestel zijn voorzien van verdraaiingtekens
(Engels: Creep marks). Ook de velg heeft een creep mark. Beide creep
marks moeten zich recht boven elkaar bevinden en mogen niet verder
uiteen liggen dan de helft van het creep mark. Op de foto zijn de creep
marks rood omkaderd. Het creep mark geeft het mogelijke verschuiven
aan van de band en/of binnenband over de velg. Een verschoven (binnen)
band kan lek raken of het ventiel beschadigen. Het verschuiven van de

(binnen) band over de velg kan gebeuren door hard remmen tijdens
taxiën, landing en het nemen van bochten.

Het bandprofiel kent gewoonlijk alleen langsgroeven in het rubber. Een
dergelijk bandprofiel geeft de meeste grip en zorgt voor een goede afvoer
van regenwater. De profieldikte moet 2 mm. bedragen voor 75% van de
band. De band moet ook de juiste bandenspanning hebben. Deze wordt
vermeld in het vliegtuighandboek. Een te lage bandenspanning kan
onnodige weerstand opleveren en dus een hoger brandstofverbruik geven.
Ook kan door een te lage bandenspanning de (binnen-) band eerder over
de velg verschuiven.

Aquaplaning is een situatie waarin de banden geen contact meer hebben
met de ondergrond. Tussen de ondergrond en de band vormt zich een
dunne film water. Dit maakt het vliegtuig onbestuurbaar en ook remmen
is onmogelijk. Aquaplaning treedt gewoonlijk op boven een bepaalde
snelheid die ook wel ‘aquaplaning speed’ genoemd wordt en in het
vliegtuighandboek vermeld staat. Als er met die snelheid over een plas
water wordt gereden of als er veel water op de start/landingsbaan ligt,
kan aquaplaning optreden. De enige remedie is vermindering van de
snelheid waardoor de band weer contact krijgt met de ondergrond.

Sommige wielen zijn voorzien van wielkappen (Engels: Wheel spats) om
de weerstand te verminderen. De spats maken inspectie van de banden
moeilijker vóór de vlucht. Bovendien kan modder, zand, grind, gras,
sneeuw of slush (= sneeuw en modder) zich ophopen in de spats hetgeen
onnodig veel ballast met zich meebrengt. Extra ballast = meer gewicht =
hoger brandstofverbruik & mindere vliegprestaties. Het is daarom van
belang de spats tijdens de pre-flight inspection wat extra aandacht te
geven. Vooral als het geregend heeft, bij vertrek van een ‘zachte’ baan of
als het gesneeuwd heeft. Op de foto is de wheel spat rood omkaderd.

De pedalen van het voetenstuur hebben vaak een dubbele functie.
Gewoonlijk bedient de vlieger met de onderkant van de pedalen het
richtingsroer en neuswiel. Met het bovenste gedeelte kan de vlieger
remmen. Dit is overigens niet bij alle vliegtuigtypen het geval. Soms is de
werking omgekeerd. De werking wordt vermeld in het vliegtuighandboek.

De remgedeelten zijn op de foto geel omkaderd en de roergedeelten zijn
rood omkaderd. Als de vlieger het linker roerpedaal intrapt zal het
vliegtuig met de neus naar links gieren. Als de vlieger het rechter
roerpedaal intrapt zal het vliegtuig met de neus naar rechts gieren.

De hoofdwielen van de meeste sportvliegtuigen zijn voorzien van
remmen. In principe zetten remmen bewegingsenergie om in warmte.

Laten we een handrem van een fiets als voorbeeld nemen. Als je de
handrem van een fiets gebruikt, worden de remblokken tegen de velgrand
geduwd. De wrijving die ontstaat doet de fiets afremmen. Hierbij komt
warmte vrij die afgegeven wordt aan de omgevingslucht.

De remmen van de meeste sportvliegtuigen zijn zogenaamde
schijfremmen. Aan de as van het wiel zit een schijf. De schrijf draait met
het wiel mee. Aan de remschijf zit de remklauw. Hierin bevinden zich de
remblokken. De remblokken worden bij gebruik van de rem aan
weerszijden tegen de schijf gedrukt.

Bij de frictie die de remblokken ontwikkelen komt warmte vrij en wordt
een bepaalde vertraging opgewekt. De remblokken kunnen mechanisch
via kabels en stangen tegen de schijf gedrukt worden, maar de meeste
remblokken worden via een hydraulisch systeem tegen de remschijf
geperst. Een hydraulisch systeem brengt kracht over door middel van een

vloeistof; remvloeistof in dit geval. Op de foto’s is de remschijf rood
omkaderd en de remklauw geel omkaderd.

Voordeel van een hydraulisch systeem is dat er met minder voetkracht
een grotere druk op de remblokken kan worden uitgeoefend. Met een
gemonteerde rembekrachtiger levert 1 kg. voetdruk tot zo’n 7 keer meer
druk op de remschijf. Meer druk levert een grotere wrijving op. De grotere
wrijving levert meer frictie, meer warmte en daarmee een grotere
remvertraging op.

Na de schrijfrem beschrijven we de trommelrem. In plaats van een
meedraaiende schijf is het wiel nu voorziet van een meedraaiende
trommel. In die trommel bevinden zich remschoenen met remvoeringen
die bij gebruik van de rem, tegen de binnenkant van de trommel
aangedrukt worden. Op die manier ontstaat frictie en wrijvingswarmte. De
frictie zorgt voor vertraging van de trommel en dus ook vertraging van
het wiel. Schijfremmen kunnen een zwaardere belasting verdragen en
kunnen beter de wrijvingswarmte afvoeren aan de omgevingslucht.
Daarom worden schijfremmen vaker toegepast dan trommelremmen.

Gewoonlijk bedient het rechterrempedaal de rem van het rechterwiel en
het linkerrempedaal de rem van het linkerwiel. De hoofdwielen kunnen
dus onafhankelijk van elkaar worden geremd. Het onafhankelijk kunnen
afremmen van de hoofdwielen maakt dat het vliegtuig tijdens het taxiën

krappe bochten kan maken door slechts één van de hoofdwielen af te
remmen.

Er is meestal ook een pakeerrem (te vergelijken met de ‘handrem’ van
een auto) in een vliegtuig gemonteerd. Met het aantrekken van de
parkeerrem worden beide hoofdwielen via de remmen vastgezet.

Veel sportvliegtuigen zijn niet voorzien van een intrekbaar landingsgestel
(Engels: Retractable landing gear) vanwege de extra kosten en
complexiteit die een dergelijk systeem met zich meebrengen. Toch zijn er
sportvliegtuigen die wél zijn voorzien van een intrekbaar landingsgestel.
Wij zullen hieronder het principe weergeven van een dergelijk systeem.
Vliegtuigen met een intrekbaar landingsgestel zijn vaak voorzien van de
toevoeging RG (afkorting van retractable gear) achter het vliegtuigtype
nummer. Bijvoorbeeld de Cessna 172RG. De meeste sportvliegtuigen met
een RG zijn voorzien van een driepuntsonderstel; twee hoofdwielen onder
de vleugels of romp en één neuswiel.

Een landingsgestel kan worden ingetrokken in de vleugels, romp of
motorcompartiment. De bediening vindt plaats vanuit de cockpit. In de
cockpit bevindt zich ook een waarschuwingssysteem met lampjes dat laat
zien of het landingsgestel per wiel ingetrokken (Engels: Gear up) of
neergelaten (Engels: Gear down) is. Bovendien geeft het systeem aan of
het landingsgestel per wiel veilig ingetrokken of neergelaten is. Het
landingsgestel kan worden ingetrokken of neergelaten via elektromotoren,
een hydraulisch systeem of een combinatie hiervan. De meeste
vliegtuigen met een RG zijn voorzien van een hydraulisch systeem. Wij
leggen de principewerking uit. Verschillende fabrikanten gebruiken vaak
verschillende systemen.

Gewoonlijk bestaat het systeem dat de wielen intrekt of neerlaat uit een
holle cilinder waarin een zuiger op –en neer kan bewegen. Als de vlieger
de wielen wil intrekken zal er vloeistof gepompt worden in de cilinder. Als
de vloeistof de cilinder ingeperst wordt door een pomp, zal de zuiger naar
boven bewegen en neemt het wiel mee in die beweging. Het wiel is nu
opgetrokken. Als de vlieger de wielen wil neerlaten, zal het systeem de
vloeistof weg laten vloeien uit de cilinder. De zuiger zakt naar beneden en
neemt ook in deze beweging het wiel mee.

Zowel in opgetrokken als in neergelaten toestand worden de wielen
‘gelocked’. Dit ‘locken’ is een soort vergrendeling en zorgt ervoor dat de
wielen standvastig opgetrokken of neergelaten blijven. Als voorbeeld
nemen we de landing. Vóór de landing moeten de wielen neergelaten
worden. Het waarschuwingssysteem geeft dan aan dat alle wielen
gelocked zijn. Meestal gebeurt dit door drie groene lampjes die oplichten.
Als alle groene lampje oplichten weet de vlieger dat de wielen niet
onbedoeld kunnen inklappen als het vliegtuig met de wielen de baan
raakt.

Als noodvoorziening kan er een mechanisch systeem gemonteerd zijn
waarmee het landingsgestel met de hand kan worden neergelaten als de
andere systemen falen. Er zijn ook fabrikanten die als noodvoorziening
kiezen voor een Free fall systeem. Als het reguliere systeem faalt, kan de
vlieger een noodhendel bewegen waardoor de vloeistof van het
hydraulische systeem wegvloeit uit de cilinder. Gevolg is dat de zuiger (en
ook het wiel) onder invloed van de zwaartekracht neergelaten wordt. Het
grote voordeel van een intrekbaar landingsgestel is de
weerstandsvermindering in ingetrokken toestand. Dat levert een
brandstofbesparing op en vergroot de actieradius van het vliegtuig. Ook
zou een sportvliegtuig een grotere luchtsnelheid kunnen behalen met een
ingetrokken landingsgestel. Doch, deze voordelen spelen een grotere rol
bij de commerciële (burger-) luchtvaart in vergelijk met het sportvliegen.
Vanwege de hoge kosten en technische complexiteit van een intrekbaar
landingsgestel hebben veel sportvliegtuigen een ‘vast’ landingsgestel.

Definities:

Een vliegtuig kan worden omschreven als: ‘Een luchtvaartuig zwaarder
dan lucht met een voorstuwingsinrichting’. 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. 1
knoop (kt) = 1852 meter of 1,852 kilometer. Een snelheid van 5 kts. per
uur staat dan gelijk aan 9,26 km p/uur. (= 5 x 1,852).

De tijd wordt in de luchtvaart weergegeven in Universal Time Coördinated,
afgekort tot UTC. Dit is de lokale tijd van het Engelse stadje Greenwich.
Greenwich ligt precies op de 0-meridiaan. Een meridiaan is een
denkbeeldige, verticale lijn die de noord –en zuidpool met elkaar verbindt.
De 0 meridiaan verdeelt de wereld denkbeeldig in een westelijk halfrond
en een oostelijk halfrond. In Nederland bevinden we ons op het oostelijk
halfrond. Vanaf Greenwich of de 0-meridiaan wordt het in oostelijke
richting later. We tellen dan uren op bij de aangegeven UTC. In Nederland
is het UTC + 1 uur in de wintertijd en UTC +2 uur in de zomertijd. In
westelijke richting wordt het vroeger. We trekken dan uren af bij de
aangegeven UTC. Op de tekening is de 0-meridiaan rood ingetekend. Zie
ook het hoofdstuk Navigatie voor meer uitleg over meridianen.

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 is een samenstelling van verschillende gassen. De ideale
samenstelling van lucht in de troposfeer bestaat ongeveer uit:
78% uit stikstof
21% zuurstof
1% andere gassen

In kustgebieden zoals Nederland ziet de samenstelling er iets anders uit:
74% stikstof
20% zuurstof
5% water
1% andere gassen

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 (Engels: 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). Vroeger werd de
luchtdruk weergegeven in millibaren (mb), tegenwoordig gebruiken
we hectoPascal. 1 hPa staat overigens gelijk aan 1 millibar. Een
simpele formule geeft de omrekening van inch kwikdruk naar
hectoPascol. 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). Resumerend; de luchtdruk op MSL = 29,92 Hg =
1013,25 hPa = 1013,25 mb = 1 atmosfeer.
• 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.

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 3de 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 onderstaande
tekeningen) van de vleugel een lagere druk in vergelijking met de
onderkant (gedeelte B op dezelfde tekeningen). De lagere druk (of
onderdruk) aan de bovenkant van de vleugel ‘zuigt’ de vleugel naar
boven. Er is meer zuigkracht dan overdruk; A is groter dan B. 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.

Energie:

Nu gaan we het bovenstaande formuleren en definiëren:
We beginnen met de term energie. Energie is het vermogen om arbeid te
verrichten en kan voorkomen als:

1. Kinetische energie ook wel energie van beweging of dynamische
energie genoemd. Als een lichaam in beweging is bezit het kinetische
energie. In formule: ½ m v2 . De m staat voor de massa van een lichaam,
de v2 staat voor de Engelse term velocity of snelheid in het kwadraat. Een
lichaam dat in beweging is bezit dus kinetische energie. Die energie staat
gelijk aan de helft van de massa van dat lichaam x de snelheid van dat
lichaam in het kwadraat.

Op dit punt geven we uitleg over massa, volume en gewicht: De massa
van een lichaam is de hoeveelheid stof waaruit dat lichaam bestaat. De
massa van een lichaam blijft altijd gelijk. Het volume is de hoeveelheid
ruimte die deze massa inneemt. Massa krijgt een bepaald gewicht onder
invloed van de zwaartekracht. Onder invloed van de zwaartekracht krijgt
iedere massa dus een bepaald gewicht en wordt naar het middelpunt van
de aarde getrokken. Zwaartekracht wordt ook wel gravitatie genoemd.
Alles dat massa heeft, bezit ook een zekere zwaartekracht. Massa en
zwaartekracht zijn evenredig aan elkaar: Hoe meer massa, hoe meer
zwaartekracht. Vandaar dat bijvoorbeeld de zwaartekracht van de zon
vele malen sterker is dan de zwaartekracht van de aarde.

2. Statische energie ook wel potentiële energie of arbeidsvermogen van
plaats genoemd. Een appel die aan de boom hangt heeft potentiële
energie. Die potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie als de
appel loskomt van de boom en naar beneden valt. De appel krijgt dan
snelheid. De som van kinetische –en statische energie blijft altijd gelijk
(constant). Energie gaat nooit verloren, maar kan wel overgaan van de
ene naar de andere vorm.

Statische druk:

De lucht om ons heen oefent een bepaalde druk op ons uit. Deze druk
wordt statische druk genoemd; ps hierbij staat de p voor druk (Engels:
Pressure) en de s staat voor statisch (Engels: Static). Ps wordt ook wel
omgevingsdruk of atmosferische druk genoemd en is altijd aanwezig, ook
als de lucht in beweging is. De ps werkt gelijkmatig op ieder lichaam of
stroming.

Statische druk werkt dus van alle kanten loodrecht op ieder lichaam in,
ook als dat lichaam in beweging is.

Kortom; statische druk is altijd aanwezig. In het begin van dit hoofdstuk
spraken we over ‘luchtdruk’. We kunnen nu zeggen: luchtdruk = statische
druk = omgevingsdruk = atmosferische druk.

Luchtdichtheid:

Luchtdichtheid = soortelijke massa van lucht voorgesteld door de Griekse
letter ρ en uitgesproken als ‘rho’. Soortelijke massa staat gelijk aan de
massa gedeeld door het volume. Luchtdichtheid is dus de massa van lucht
gedeeld door het volume van lucht. Massa: volume = soortelijke massa.
De luchtdichtheid wordt in de luchtvaart volgens de ISA weergegeven als
kilogram per kubieke meter (kg/m3).

Bij het meten van luchtdruk speelt ook temperatuur een belangrijke rol.
Bij een hogere temperatuur verwijderen de luchtdeeltjes zich van elkaar
en zal de luchtdruk dalen. Per volume zijn er minder luchtdeeltjes
aanwezig. Hetzelfde geldt voor hoogte. De luchtdruk wordt lager
naarmate we ons op grotere hoogte bevinden. We zeggen nu dat de lucht
ijl wordt bij toenemende hoogte.

De luchtdruk wordt zoals gezegd weergegeven in HectoPascal (hPa). Bij
het vliegen moet ook de invloed van temperatuur worden verwerkt. Onder
invloed van de temperatuur en hoogte verandert de luchtdruk. Daarom
rekenen we met luchtdichtheid. Door te werken met luchtdichtheid
betrekken we zowel temperatuur als luchtdruk in onze berekeningen.

Dynamische druk:

In de formule ½ m v2 van dynamische energie, vervangen we de m van
massa voor rho (ρ) van luchtdichtheid. Nu wordt de formule ½ ρ v2 en
spreken we van dynamische druk. Dynamische druk wordt ook wel
weergegeven door de letter q. Dus kunnen we zeggen q = ½ ρ v2 . Een
lichaam (vliegtuig) dat beweegt door de lucht voelt de dynamische
energie als dynamische druk. Dynamische druk is een maat voor
luchtsnelheid. Een goed voorbeeld van dynamische druk is als je je hand
uit het raam van een rijdende auto steekt. Dan ervaar je een bepaalde
kracht op je hand. Deze kracht noemen we dynamische druk. In dit
voorbeeld is de dynamische druk afhankelijk van de snelheid waarmee
gereden wordt en de hoeveelheid aanwezige luchtdeeltjes.

Nu betrekken we Bernoulli in ons verhaal:

Volgens Bernoulli blijft de optelling van dynamische druk en de statische
druk altijd gelijk (constant). In formule: ps + ½ ρ v2 = constant. Als in
een stroming de dynamische druk toeneemt, neemt de statische druk af.

Deze wet geldt alleen voor een gelijkmatige (stationaire) stroming. Is de
stroming niet gelijkmatig dan is niet te zeggen waar druk of snelheid het
grootst is. In een stationaire stroming blijft op ieder punt de richting en
snelheid gelijk. De baan die een luchtdeeltje volgt noemen we de
stroomlijn. Onderstaand zien we een buis met vernauwing. In de
vernauwing neemt de statische druk af en de dynamische druk toe. Iets
soortgelijks vindt plaats bij vleugels van een vliegtuig.

Als we nu de doorsnede van een vleugel bekijken, zien we dat het profiel
gewelfd is. De bovenkant is ‘boller’ dan de onderkant. De lucht aan de
bovenkant van de vleugel wordt versneld als deze zich in een
luchtstroming bevindt. Door de snelheid van de lucht aan de bovenkant
van de vleugel daalt de statische druk (ps ). Immers, volgens Bernoulli
neemt de statische druk af als de dynamische druk of snelheid (½ m v2 )
toeneemt. Er ontstaat zodoende een onderdruk aan de bovenkant van de
vleugel die lift doet ontstaan.

Let wel: Als de snelheid verdubbelt, verviervoudigt de liftproductie. Denk
in dit verband maar aan het kwadraat van de snelheid v in de formule ½
m v2 .

We kunnen vliegen: Als een vliegtuig over de startbaan rijdt, zal op een
gegeven snelheid de statische druk dermate afgenomen zijn en de
dynamische druk dermate toegenomen zijn, dat de ontstane
drukverschillen een onderdruk creëren die in staat is het vliegtuig te doen
opstijgen. De onderdruk aan de bovenzijde van de vleugel ‘zuigt’ het
vliegtuig al het ware omhoog.

In feite maakt het niet uit of het vliegtuig in beweging is of dat de lucht
beweegt. Natuurlijk gaan we ervan uit dat het vliegtuig in beweging is,
maar bijvoorbeeld in een windtunnel staat het vliegtuig stil ten opzichte
van de in beweging zijnde lucht. In beide gevallen ontstaat een

stromingspatroon met lift om de vleugels. Dit wordt het
omkeringsprincipe genoemd.

Bernoulli verklaart niet alles:

We weten dat de wet van Bernoulli niet geheel de liftproductie kan
verklaren. De werkelijk gemeten snelheid van de luchtdeeltjes aan de
bovenkant van de vleugel is hoger, en de werkelijk gemeten snelheid van
de luchtdeeltjes aan de onderkant van de vleugel is lager dan de theorie
doet voorkomen. Nu kunnen we ook Newton in ons verhaal betrekken. Als
we de reactiewet van Newton (actie = reactie) gaan toepassen op lift, dan
is lift een reactiekracht op de actiekracht. De actiekracht is de naar
beneden afgebogen luchtstroming achter de vleugel. Deze actie zorgt voor
lift als reactie.

Downwash:

De afgebogen luchtmassa achter de vleugel noemen we in het Engels
downwash of neerstroming in het Nederlands. Deze neerstroming vindt
plaats onder een bepaalde hoek. Deze hoek wordt de neerstroomhoek
genoemd. De neerstroomhoek bepaald de lift. In Newtoniaanse termen
bezien kunnen we de neerstroming bezien als actie en de lift van de
vleugel als reactie.

Na de inleiding over lift (we komen later nog uitgebreid terug op dit
onderwerp) gaan we verder met de vleugel, het vleugelprofiel en de
invalshoek. Laten we eerst een paar gedeelten van de vleugel benoemen:

De koorde:

Als we een denkbeeldige lijn trekken van het voorste punt van het
vleugelprofiel naar het achterste punt van het vleugelprofiel hebben we de
koorde (Engels Chord line) getekend. De koorde is een belangrijke virtuele
lijn in het vleugelprofiel.

Nu kan de koorde van de vleugelwortel verschillen in lengte in vergelijk
met de koorde van de vleugeltip. Als we de koorde van de vleugeltip
optellen bij de koorde van de vleugelwortel en delen door 2 krijgen we de
gemiddelde koorde van de vleugel.

De afstand tussen de twee vleugeltips noemen we de spanwijdte van een
vliegtuig. Als we nu de spanwijdte vermenigvuldigen met de gemiddelde
koorde krijgen we het vleugeloppervlak.

De invalshoek:

De stand van de koorde ten opzichte van de inkomende ongestoorde
luchtstroming (Engels: Relative airflow) noemen we invalshoek. De
invalshoek (Engels: Angle of attack) wordt door de Griekse letter Alfa
weergegeven. De ongestoorde luchtstroming noemen we ook wel
resulterende luchtstroming.

Welvingslijn:

Naast de koorde is er de welvingslijn of krommingslijn (Engels: Camber
line). De welvingslijn is een denkbeeldige lijn van het voorste punt van het
profiel naar het achterste punt van het profiel, maar die altijd op de helft

ligt tussen de bovenkant en de onderkant van het vleugelprofiel. Een
andere manier om tot de welvingslijn te komen is het intekenen van
cirkels die de tussen de onder –en bovenkant van het profiel liggen. Een
lijn die alle middelpunten van de cirkels doorsnijdt, is de welvingslijn. Het
hoogste verschil tussen de koorde en de krommingslijn noemt men de
krommingswaarde (Engels: Amount of camber). De krommingswaarde
wordt vaak weergegeven in procenten. Veelal is de krommingswaarde niet
meer dan enkele procenten. Op de tekening is de rode lijn de koorde en
de blauwe lijn is de welvingslijn. Het grootste verschil tussenbeide is de
krommingswaarde.

Invalshoek en lift:

De invalshoek is door de vlieger te beïnvloeden. Als de vlieger aan de
stuurknuppel trekt, zal de stand van het hoogteroer veranderen waardoor
de neus van het toestel naar boven zal bewegen. Daarmee zal ook de
invalshoek veranderen; in dit geval zal de invalhoek groter worden. Met
een groter wordende invalshoek, zal ook de lift toenemen. Zoals we nog
zullen zien zal de lift drastisch afnemen als de invalshoek te groot wordt.

De lift neemt niet alleen toe met een groter wordende invalshoek. Met een
gelijke invalshoek, maar met een hogere snelheid zal de lift ook
toenemen.

Instelhoek en standhoek:

Naast de invalshoek is er de instelhoek. Deze hoek is niet door de vlieger
te beïnvloeden omdat deze door de fabrikant ingesteld is. De instelhoek is
de hoek tussen de langsas van het vliegtuig en de koorde van de vleugel.
De langsas van het vliegtuig is een denkbeeldige lijn die het voorste punt
van het vliegtuig met het achterste punt verbindt.

De standhoek is een derde hoek die we moeten kennen in dit verband. De
standhoek is de hoek tussen de langsas van het vliegtuig en de horizon.

Luchtweerstand:

Luchtweerstand is een kracht die een lichaam (het vliegtuig) ondervindt
wanneer het door de lucht voortbeweegt en de voortbeweging
tegenwerkt. Weerstand is een tegenwerkende kracht. Het is een
reactiekracht die de actiekracht tegenwerkt. Denk hierbij aan de
reactiewet van Newton. Actie = reactie. Voortbeweging is de actie,
weerstand is de reactie. De totale vliegtuigweerstand is de optelling van
alle krachten die parallel en tegengesteld werken op de bewegingsrichting
van het vliegtuig. De trekkracht van de motor zal groter moeten zijn dan
de totale weerstand om het vliegtuig te doen voortbewegen.

Wrijving is ook weerstand en wordt uitgedrukt in een wrijvingscoëfficiënt
of Cw waarde. Hoe lager de Cw waarde, hoe lager de wrijving. We kunnen
totale weerstand opdelen in:

geïnduceerde weerstand
schadelijke (of parasitaire-) weerstand.

We komen in een later stadium uitgebreid terug op dit onderwerp eerst
gaan we verder met de uitleg over vleugelvorm en lift:

Vleugelvorm en lift:

Een luchtstroom kan bij een vlakke plaat lift produceren zolang die vlakke
plaat maar een bepaalde invalshoek heeft ten opzichte van de
luchtstroming. De productie van lift gaat ook gepaard met weerstand.

Weerstand is de consequentie van lift. En juist die weerstand willen we
zoveel mogelijk vermijden. Het is immers een tegenwerkende kracht. Het
produceren van lift kan veel efficiënter met een bepaald profiel in vergelijk
met een vlakke plaat. Er zijn verschillende soorten profielen. Bij een
symmetrisch profiel is de onderkant gelijk gewelfd aan de bovenkant van
de vleugel.

Als de koorde gelijk is aan de luchtstroming, is er geen invalshoek en ook
geen liftproductie. De luchtstroming wordt aan de onderkant evenveel
afgebogen als de bovenkant van de vleugel. Pas als er een invalshoek
ontstaat, zal er lift geproduceerd worden, net zoals dat bij een vlakke
plaat het geval is. Op de onderstaande tekeningen is te zien dat er zowel
opwaartse lift (positieve lift) als neerwaartse lift (negatieve lift) mogelijk
kan zijn bij een symmetrisch profiel. Een en ander hangt af van de
invalshoek.

Zonder invalshoek zal een vlakke plaat geen lift produceren. In dat
opzicht zijn een vlakke plaat en een symmetrisch profiel gelijk aan elkaar.
Bij symmetrische vleugels is de koorde gelijk aan de welvingslijn. Er is dus
geen krommingswaarde. Bij sportvliegtuigen hebben de horizontale
gedeelten van de staartvlakken (horizontaal stabilo) doorgaans een
symmetrisch profiel.

Symmetrische vleugels worden ook gebruikt bij luchtacrobatiek.
Vliegtuigen die in de zgn. Arobatic klasse vallen, hebben veelal
symmetrische vleugels om gemakkelijk ‘onderste boven’ te kunnen
vliegen. Toch produceert een asymmetrische vleugel die ‘onderste boven’
hangt een bepaalde hoeveelheid lift. Deze liftproductie is minder dan
normaal, maar doordat de lucht aan de onderkant van de vleugel trager
beweegt dan de lucht aan de bovenkant wordt er toch lift geproduceerd.

De vleugels van de meeste sportvliegtuigen hebben een asymmetrisch
profiel; de bovenkant van de vleugel is ‘boller’ dan de onderkant. Dit
noemen we ook wel een positief gewelfd profiel.

Aan de bovenkant wordt de luchtstroom versneld en afgebogen. Deze
luchtstroom levert aan de achterkant van de vleugel een neerwaartse

stroming op die we, zoals eerder gezegd, downwash noemen. Bij
asymmetrische vleugels is de koorde niet gelijk aan de welvingslijn.

Luchtstromingen:

Het stromingspatroon rond een vleugel is een combinatie van
circulatiestroming en parallelstroming:

circulatiestroming

parallelstroming

Voor een zo efficiënt mogelijke vleugel (dwz. zo min mogelijk weerstand)
streeft men naar een laminaire stroming rond het vleugelprofiel. Laminair
betekent ‘gelaagd’ waarbij de luchtdeeltjes elkaar geordend volgen en zo
min mogelijk weerstand opleveren. Laminaire luchtdeeltjes schuiven in
een patroon van lagen over elkaar heen. Laminaire luchtstroming wordt
ook wel gestroomlijnde luchtstroming genoemd.

Laminaire lucht kan overgaan in turbulente lucht. Het punt waarop dit
plaatsvindt noemen we omslagpunt.

Turbulente luchtdeeltjes zijn ongeordend en volgen elkaar niet meer
netjes in lagen. De luchtdeeltjes botsen op elkaar waardoor ze kort tot
stilstand komen en zelfs achteruit bewegen. Bij turbulentie om het
vleugelprofiel zal de weerstand toenemen en de lift afnemen.

Bij een vleugelprofiel is het vaak onmogelijk om de luchtstroming geheel
laminair te laten verlopen. Op een gegeven moment slaat de laminaire
stroming over naar een turbulente stroming.

Zowel laminaire als turbulente luchtstromen kunnen aanliggend dan wel
loslatend voorkomen. Bij een aanliggende luchtstroom volgt de
luchtstroom het vleugelprofiel en levert een bepaalde lift. Een aanliggende
laminaire luchtstroming levert meer lift en minder weerstand op dan een
turbulente aanliggende luchtstroming. Bij een loslatende luchtstroming
wordt het vleugelprofiel niet meer gevolgd met meer weerstand en minder

of geen lift als resultaat. Loslating/turbulente stroming en
aanliggende/laminaire stroming hoeven niet per definitie samen te gaan.
Er bestaan dus loslatende laminaire stromingen zowel als aanliggende
turbulente stromingen. De ongestoorde luchtstroming noemen we ook wel
resulterende luchtstroming. Een vliegtuig volgt zijn weg door de lucht in
de tegengestelde richting van de ongestoorde luchtstroming. Dit noemen
we vluchtbaan (Engels: Flight path).

De overtrek:

Zoals gezegd kan de vlieger de invalshoek beïnvloeden en levert een
grotere invalshoek meer lift en ook meer weerstand op. Deze weerstand is
het bijproduct van lift en wordt geïnduceerde weerstand genoemd. Als er
geen lift ontwikkeld wordt, is er ook geen geïnduceerde weerstand. Als de
lift toeneemt, wordt de geïnduceerde weerstand groter. Dus; hoe meer lift
hoe meer geïnduceerde weerstand.

De invalshoek kan vergroot worden totdat het vleugelprofiel de kritische
invalhoek bereikt. Op dit punt kan de luchtstroming het profiel niet meer
volgen, wordt turbulent en laat los. Er ontstaat een loslatende turbulente
stroming waardoor de lift wegvalt. Deze situatie noemen we een overtrek
of in het Engels Stall. De kritieke invalshoek wordt ook wel alfa kritiek
genoemd.

Hoe groter de invalshoek, hoe groter de lift, hoe groter de geïnduceerde
weerstand, hoe lager de vliegsnelheid waarbij de noodzakelijke lift wordt
geproduceerd. Door de invalshoek te vergroten kan een vliegtuig de
noodzakelijke lift produceren om te blijven vliegen bij een lagere snelheid,
bijvoorbeeld bij de landing. Als men de invalshoek blijft vergroten en de
snelheid blijft verlagen, zal de invalshoek op een gegeven moment de
kritieke invalshoek bereiken. Op dat punt zal de lift wegvallen en het
toestel overtrekken. De snelheid die bij dat punt hoort, noemen we
overtreksnelheid of in het Engels Stall speed. Deze snelheid wordt
afgekort tot Vs . De V staat voor snelheid of velocity en de s staat voor
Stall.

Belangrijk is het te beseffen dat het overschrijden van de kritieke
invalshoek (= Stall) bij iedere snelheid kan plaatsvinden.

Vliegtuigfabrikanten kunnen Stall waarschuwingssystemen inbouwen.
Bijvoorbeeld door een klein beweegbaar klepje te plaatsen op de
onderkant van de vleugel vlak nadat de lucht het eerste contact met de
vleugel heeft gemaakt. Als de invalshoek te groot wordt, zal de
luchtstroom het klepje tegen het vleugelprofiel aan drukken waardoor een
waarschuwingssignaal in de cockpit weerklinkt. De vlieger kan dan actie
ondernemen om een overtrek te voorkomen.

Fabrikanten ontwerpen de vleugels van hun vliegtuigen op dusdanige
wijze zodat het gedeelte van de vleugel dat aan de romp grenst eerder zal
overtrekken dan de uiteinden van de vleugels. Op het uiteinden bevinden
zich de rolroeren waarmee de piloot het vliegtuig kan besturen.

Hoe langer de piloot controle kan uitoefenen op het vliegtuig via de
rolroeren, hoe veiliger de situatie tijdens een overtrek. Een bijkomend
voordeel van deze vleugelconstructie is dat de piloot gewaarschuwd wordt
door turbulentie die opgewekt wordt door de overtrek. In eerste instantie
zal de binnenzijde van de vleugel dus overtrekken. De luchtlaag zal op dat
punt turbulent worden. Die turbulentie zal als eerste de staartvlakken
bereiken die daardoor zullen gaan trillen. De trillingen worden via de romp
doorgeven aan de piloot die in staat is om tijdig maatregelen te treffen.
Immers, de uiteinden van de vleugels zijn (hopelijk) nog niet overtrokken.

Om dit te bereiken kunnen de vliegtuigfabrikanten de instelhoek van de
vleugel aan de romp (de vleugelwortel) groter maken ten opzichte van de
instelhoek aan het uiteinde van de vleugel (de vleugeltip). Er zit dan een
verdraaiing in de vleugel. In het Engels noemen we dit een Wrong.
Bijkomend voordeel van een vleugelwrong is dat de geïnduceerde
weerstand van de vleugel wordt verminderd. Daarnaast kunnen de

fabrikanten de welving van de vleugel aanpassen. Hier is de vleugelwortel
nog positief gewelfd gevormd (asymmetrisch profiel) maar verloopt die
welving langzaam naar een symmetrisch profiel in de richting van de
vleugeltip.

De kritieke invalshoek zal aan de vleugelwortel eerder bereikt worden en
op dat punt zal de vleugel eerder overtrekken.

Het herstel vanuit een overtrek is niet bijzonder ingewikkeld, maar er is
wel hoogte voor nodig. Indien een vliegtuig overtrokken raakt of
overtrokken dreigt te raken, moet de vlieger de stuurknuppel naar voren
bewegen ook al wijst de neus van het vliegtuig op dat moment al naar
beneden. Het gaat erom dat de hoogteroeren nose-down komen te staan.
De neus van het vliegtuig zal naar beneden bewegen en het vliegtuig zal
snelheid oppikken. De invalshoek wordt kleiner, de lift herstelt zich en het
vliegtuig wordt weer bestuurbaar. Voor een dergelijke actie is zoals
gezegd wel hoogte nodig. In sommige gevallen wel 400 ft. Een overtrek
op lage hoogte kan dan ook erg gevaarlijk zijn. Als de lift en snelheid
voldoende zijn toegenomen, kan de vlieger de neus van het vliegtuig
optrekken tot het toestel horizontaal vliegt.

De krachten op een vleugel:

Op dit punt geven we uitleg over het ontbinden van krachten: Eén kracht
kunnen we ontbinden in meerdere gevolgen. We kunnen de kracht
ontbinden in de richtingen van die gevolgen. Vectoren zijn gerichte lijnen
die krachten aangeven. We kunnen de lijnen uit de onderstaande
illustraties daarom vectoren noemen.

De krachten hebben dus een bepaalde grootte en ook een bepaalde
richting. We kunnen de diagonaal van de tekening nu ontbinden in twee
richtingen of vectoren; een horizontaal en een verticaal.

De lengte van de pijlen geeft de grootte van de kracht aan. De ontbonden
horizontaal en verticaal zijn altijd kleiner dan de diagonaal. We tekenen
eigenlijk een rechthoek om de krachten heen.

Je zou ook kunnen zeggen dat de diagonale kracht het resultaat is van de
horizontale -en de verticale kracht. Naarmate de horizontaal of verticaal
van grootte verschilt, zal de diagonaal of resultante ook verschillen. Kijk
maar eens naar de onderstaande tekeningen.

Als we de onderstaande tekeningen bekijken zien we dat de onderdruk
gevormd wordt door verschillende krachten weergegeven als zwarte
pijlen. Als we al deze krachten tot één kracht reduceren, krijgen we de
Totale Reactiekracht (TR) of resulterende kracht (R).

Als de invalshoek van een vleugel verandert, schuiven de krachten die
inwerken op het vleugelprofiel over de koorde heen. Het punt waar R
samenkomt op de koorde noemen we drukpunt. Het drukpunt is het
aangrijpingspunt van lift en wordt ook wel Centre of Pressure (CP)
genoemd.

Een vergroting van de invalshoek is in feite een verlaging van de snelheid
en vergroting van lift. In dat geval verschuift het drukpunt naar voren.
Een verlaging van de invalshoek geeft een verschuiving van het drukpunt
over koorde naar achteren.

In dat geval wordt de snelheid vergroot en de lift verkleind. Van belang te
weten is dat tezamen met vergroting van lift ook de (geïnduceerde-)
weerstand groter wordt. Dus; meer lift geeft altijd meer weerstand.

Kortom;

• Vergroting invalshoek = drukpunt verschuift naar voren over de
koorde = meer lift = meer weerstand = lagere vliegsnelheid.
• Verkleining invalshoek = drukpunt verschuift naar achteren over de
koorde = minder lift = minder weerstand = hogere vliegsnelheid.

We kunnen nu ook de resulterende kracht R ontbinden. We komen dan tot
het volgende:

We zien dat lift en weerstand de ontbonden krachten zijn van R. Je zou
ook kunnen zeggen dat R het resultaat is van lift en weerstand. Lift is de
kracht die altijd loodrecht op de ongestoorde luchtstroming staat.

Nu we iets meer te weten gekomen zijn over het ontbinden van krachten
kunnen we het verhaal over de invalhoek en lift weer oppakken. Voor de
meeste sportvliegtuigen ligt de kritieke invalshoek op 16 graden. Bij een
grotere invalshoek wordt de luchtstroom turbulent en kan het profiel niet
meer volgen. De lift valt dan weg. De beste verhouding tussen lift en Drag
of weerstand (L/D verhouding) voor de meeste sportvliegtuigen vinden we
bij een invalshoek van ongeveer 4 graden. Bekijk onderstaande tekening
maar eens.

Zie ook dat bij een negatieve invalshoek de vleugel een zekere lift
produceert! Een en ander is overigens afhankelijk van het type vliegtuig.
De exacte gegevens staan in het instructieboek, vliegtuighandboek of in
het Engels Aircraft Owners manual (AOM). Het AOM wordt ook wel Pilot’s
operating handbook (POH) of Flight manual (FM) genoemd.

We kunnen nu het volgende zeggen over lift: Lift is de ontbondene van de
totale aërodynamische kracht op de vleugel, die loodrecht aangrijpt op de
inkomende luchtstroom.

De liftformule:

De liftformule is de belangrijkste vergelijking voor een vlieger. Met deze
vergelijking is de totale draagkracht te berekenen:

Lift = ½ x de luchtdichtheid x de snelheid in het kwadraat x de
liftcoëfficiënt x het vleugeloppervlak.
In formule: L = ½ ρ v2 CL S

De formule ziet er misschien ingewikkeld uit, maar als we de formule
opdelen wordt het een stuk eenvoudiger. Dan komen we tot het volgende:

½ ρ v2 is de dynamische druk. Later zullen we zien dat ½ ρ v2 gelijk staat
aan de Indicated Airspeed (IAS) en dat de v2 gelijk staat aan True
Airspeed (TAS).

CL is de coëfficiënt lift of wel het dragend vermogen van een vleugel bij
een bepaalde invalshoek. De CL wordt bepaald door de vleugelvorm en de
invalshoek. Omdat de vlieger niets kan veranderen aan de vorm van de
vleugel, die is immers door de fabrikant ontworpen en gemaakt, moet de
CL verandert worden door de invalshoek te veranderen. CLmax is het
moment dat de maximale waarde voor CL bereikt wordt. Dit is de kritieke
invalshoek of alfa kritiek. De CL waarde van een vleugel is een functie van
de invalshoek.
S staat voor vleugeloppervlak, in het Engels Surface.

De CL maakt het mogelijk om verschillende vliegtuigen met elkaar te
vergelijken. In dit geval kunnen we de liftformule aanpassen: CL = L
gedeeld door ½ ρ v2 S. Immers als de lift (L) klein is, zal de snelheid (v)
en het vleugeloppervlak (S) ook klein zijn, zoals bij sportvliegtuigen. De
lift van grote straalvliegtuigen is veel groter, maar daar zijn ook het
vleugeloppervlak en de snelheid groter.

In de liftformule kan de variabele S in principe niet veranderen. Het
vleugeloppervlak is immers vastgesteld door de fabrikant. De andere
variabelen kunnen we wel aanpassen. Zoals we weten is de liftformule een
vergelijking. Een simpele vergelijking is x = a. Hier heeft x dezelfde
waarde als a. Kort gezegd moet hetgeen voor het = teken staat (in ons
geval de L van lift) dezelfde waarde hebben als hetgeen na het = teken
staat (in ons geval ½ ρ CL v2 S). Verandert de L dan zal er ook iets achter
het = teken moeten veranderen om de vergelijking kloppend te houden.
Dat geldt ook andersom.

Voorbeeld: Als we een kloppende liftformule hebben en we gaan
langzamer vliegen dan verandert de v2 (v = velocity of snelheid) en klopt
de vergelijking niet meer. We zullen dan ook iets anders in de vergelijking
moeten aanpassen om deze weer kloppend te maken. Maar wat..? De L
die voor het = teken staat willen we behouden. Die kan dus niet
veranderen. Als we dezelfde hoogte willen aanhouden verandert de ½ ρ
ook niet. De S is ook onveranderbaar en dus zal de CL moeten veranderen
om de vergelijking weer kloppend te maken. Als we nu de invalshoek
vergroten zal de CL waarde stijgen en de verlaagde v2 compenseren. De
vergelijking klopt nu weer. Met andere woorden: Via de vergelijking weten
we dat als we op eenzelfde hoogte willen blijven vliegen maar de snelheid
verlagen, we de invalshoek zullen moeten vergroten.

De 4 inwerkende krachten op een vliegtuig:

Lift is niet de enige kracht die tijdens een vlucht op het vliegtuig inwerkt.
Er werken tijdens een vlucht 4 krachten in op een vliegtuig:

1. Het gewicht van het vliegtuig, in het Engels: Weight of W. We schreven
al eerder dat gewicht en massa niet hetzelfde zijn. Het gewicht van een
vliegtuig is een kracht die onder invloed van de zwaartekracht altijd naar
het middelpunt van de aarde gericht is. Massa krijgt onder invloed van de
zwaartekracht een bepaald gewicht. Gewicht wordt in dat geval
gelijkgesteld aan de zwaartekracht en is tamelijk eenvoudig te berekenen:
Gewicht (W) = de massa en de lading van het vliegtuig (m) x de
valversnelling van 9.806 meter per seconde in het kwadraat (g). In
formule: W = m g. De valversnelling g is dus geen kracht maar een
versnelling van 9.806 meter per seconde in het kwadraat. Een versnelling
is de mate waarin de snelheid van een lichaam verandert, gemeten in
meter per seconde in het kwadraat (m/s2).

Een lichaam die valversnelling g ondergaat, ervaart de zogenaamde ‘vrije
val’ (Engels: Free fall). Tijdens een vrije val heeft een lichaam geen
gewicht. Denk in dit verband maar aan de toestand van ‘gewichtloosheid’
die astronauten ondergaan als zij aan de zwaartekracht van de aarde zijn
ontsnapt. Hun massa blijft onveranderd, maar hun gewicht is nul.

2. De geproduceerde lift, in het Engels: Lift of L. Lift is een door de
vleugels opgewekte kracht om de zwaartekracht te overwinnen.

3. De trekkracht, in het Engels: Thrust of T. De trekkracht is een
mechanische kracht en wordt geproduceerd door de propeller van het
vliegtuig. Als we een doorsnede van de proppeller bekijken heeft deze
eenzelfde profiel als de vleugel. Een propeller is in feite een

rechtopstaande vleugel met dezelfde eigenschappen als een vleugel. De
proppeller wordt aangedreven door de motor. Door de trekkracht kan het
vliegtuig voortbewegen door de lucht. De trekkracht is een reactiekracht.
Doordat de lucht in een bepaalde richting wordt versneld, ontstaat een
reactiekracht in de tegenovergestelde richting die het vliegtuig doet
voortbewegen.

4. De weerstand, in het Engels: Drag of D. Weerstand is een
aërodynamische kracht die het vliegtuig in beweging tegenwerkt.
Weerstand kan ontstaan door wrijving maar ook door de vorm van het
vliegtuig. Het hele vliegtuig, dus niet alleen de vleugels, produceert
wrijving. Zoals we reeds weten is geïnduceerde weerstand de
consequentie van de liftproductie.

In een éénparige (= met een vaste snelheid, geen snelheidsvariaties)
rechtlijnige (= met een vaste koers, geen koersvariaties) horizontale (=
met een vaste hoogte, geen hoogtevariaties) vlucht zijn trekkracht en
weerstand gelijk maar tegengestelde krachten evenals lift en gewicht
gelijk maar tegengestelde krachten zijn.

In een éénparige, rechtlijnige, horizontale vlucht, vliegt het toestel
horizontaal zonder van hoogte, richting of snelheid te veranderen. De vier
krachten blijven gelijk en zijn in evenwicht. In het Engels noemen we de
eenparige, rechtlijnige horizontale vlucht; straight and level.

Trekkracht & weerstand en ook lift & gewicht noemen we koppels. Het zijn
immers ‘gekoppelde’ krachten.

De effecten van trekkracht:

Zoals we eerder schreven levert de propeller de trekkracht en is de
doorsnede van een propellerblad in feite gelijk aan de doorsnede van een
vleugel. Beiden hebben een zelfde profiel. De propellerbladen zijn daarom
niets meer dan verticaal geplaatste vleugels die door de ronddraaiende
beweging een zekere hoeveelheid lift produceren. Deze lift is voorwaarts
gericht en trekt het vliegtuig vooruit. Wij noemen dit trekkracht.

Als de propeller sneller ronddraait zal de trekkracht en ook de
vliegsnelheid toenemen. Tijdens een rechtlijnige eenparige horizontale
vlucht, zal bij een toenemende trekkracht, de vliegsnelheid en ook de lift
toenemen. Bij toenemende trekkracht zal het vliegtuig dus omhoog willen
bewegen. Kortom; meer trekkracht zorgt ervoor dat een vliegtuig omhoog
wil.

Minder trekkracht levert tijdens een rechtlijnige eenparige horizontale
vlucht een beweging van het vliegtuig naar beneden op. Een beweging
naar boven of naar beneden wordt dus bedongen door de stand van het
gas: Meer/minder gas geven, levert meer/minder vermogen op, levert
meer/minder trekkracht op en geeft een beweging omhoog/omlaag.

Bij de meeste sportvliegtuigen draait de propeller rechtsom bekeken
vanuit de positie van de vlieger. Door de actiekracht van de
ronddraaiende propeller zal het vliegtuig een tegengestelde reactiekracht
ondergaan. Het vliegtuig zal daarom bij een rolbeweging willen maken
tegengesteld aan de rotatie van de propeller. Dit noemen we het Torque
effect. (Torque = Engels voor trekkracht) . Bij de meeste sportvliegtuigen
is het Torque effect niet van groot belang.

De invalshoek van het opgaande propellerblad verschilt van de invalshoek
van het neergaande propellerblad als de luchtstroom de propellerbladen
raakt onder een hoek ten opzichte van de horizon. Hierdoor ontstaan
verschillen in trekkracht tussen de propellerbladen. Tijdens het klimmen
zal het neergaande propellerblad meer lift ontwikkelen door een grotere
invalshoek in vergelijk met het opgaande propellerblad.

Door de verschillen in trekkracht zal het vliegtuig willen afbuigen (gieren)
naar links, bekeken vanuit de positie van de vlieger. Andersom geldt dit
ook voor de verschillen in trekkracht tijdens het dalen. Dan zal het
neergaande propellerblad een kleinere invalshoek hebben en daarom
minder trekkracht leveren in vergelijk met het opgaande propellerblad.
Daarom zal het vliegtuig dan willen afbuigen naar rechts bekeken vanuit
de positie van de vlieger. Deze verschillen in trekkracht noemen we het
Asymmetrisch effect.

Door het roteren van de propeller ontstaat een luchtstroom die zich als
een spiraal rond het vliegtuig wikkelt.

Deze ‘slipstroom’ (Engels: Slipstream) raakt het verticale staartvlak onder
een bepaalde hoek en duwt het staartvlak naar rechts. De neus van het

vliegtuig zal daardoor naar links afbuigen. Hoe meer trekkracht, hoe meer
de staart naar rechts wordt afgebogen en dus hoe meer de neus van het
vliegtuig naar links zal worden afgebogen.

Een en ander zetten we onder elkaar:

• Als we de trekkracht verhogen (meer gas geven) tijdens een
rechtlijnige eenparige horizontale vlucht zal het vliegtuig met de
neus omhoog willen en willen afbuigen naar links.
• Als we de trekkracht verlagen (minder gas geven) tijdens een
rechtlijnige eenparige horizontale vlucht zal het vliegtuig met de
neus naar beneden willen en willen afbuigen naar rechts.

De bespoken effecten laten zich ook gelden tijdens het taxiën en de start
van een vliegtuig. Bij het taxiën, maar met name als een vliegtuig op de
startbaan van stiltand in beweging komt en de vlieger vol gas geeft, zal
het toestel naar links willen afbuigen. De vlieger zal de afbuiging naar
links moeten corrigeren met het (rechter) voetenstuur. We noemen drie
besproken effecten en voegen er een nieuwe aan toe:

Het Torque effect. Door de reactiekracht op de rotatie van de propeller,
wordt er een grotere druk uitgeoefend op de linkerband in vergelijk met
de rechterband. Bekeken vanuit de positie van de vlieger. De grotere druk
op de linkerband levert meer wrijving op met het oppervlak en daarom zal
het vliegtuig willen afbuigen naar links. Zoals gezegd levert het Torque
effect maar weinig problemen op bij sportvliegtuigen die een (relatief)
lichte motor hebben.

De Slipstream wikkelt zich zoals gezegd om het vliegtuig heen en drukt
het verticale staartvlak naar rechts weg. Hierdoor zal het vliegtuig naar
links willen afbuigen. Dit geldt met name tijdens de eerste fase van de
start, waarbij vol gas gegeven wordt terwijl de snelheid nog laag is.

Vliegtuigen met een staartwiel (Engels: Tailwheel aircraft of Taildragger)
staan met de propeller in een bepaalde hoek ten opzichte van de horizon.
Hierbij gaat dus het asymmetrisch effect op. Er is een verschil in
invalshoek tussen de op –en neergaande propellerbladen waardoor er een
verschil in trekkracht ontstaat en het toestel wil afbuigen naar links. Ook
dit effect geldt met name tijdens situaties waarin veel vermogen wordt
gegeven bij een lage snelheid, zoals de eerste fase van de start (dan staat

het staartwiel nog op de grond en heeft de propeller een hoek ten
opzichte van de horizon) en klimvlucht.

We bespreken nu een nieuw effect van trekkracht bij vliegtuigen met een
staartwiel. Een draaiende propeller gedraagt zich in feite als een
gyroscoop. En daarom bezit een draaiende propeller dezelfde
eigenschappen als een gyroscoop. Eén van die eigenschappen is
precessie. Zie ook de uitleg over gyroscopen bij cockpitinstrumenten. Als
een Tailwheel aircraft met het staartwiel los komt van de grond tijdens de
start, zal de neus van het vliegtuig naar beneden bewegen. Door
precessie zal deze naar beneden gerichte kracht op de propeller na 900 tot
uitdrukking komen. Bij een rechtsomdraaiende propeller, zal dit een
afbuiging geven naar links.

De gezamenlijke effecten van trekkracht worden ook wel P-effect
genoemd.

De primaire stuurvlakken van een vliegtuig:

De rolroeren, het richtingsroer en het hoogteroer vormen de primaire
stuurvlakken van het vliegtuig. Hiermee kan vlieger het vliegtuig doen
veranderen van richting of hoogte. Het trimvlak wordt het secundaire
stuurvlak genoemd.

Het besturen van een vliegtuig is eigenlijk een opzettelijke verstoring van
een balans. Stel dat een vliegtuig zich in een éénparige rechtlijnige
horizontale vlucht bevindt. Dan zijn alle krachten die inwerken op het
vliegtuig gelijk; er is balans. Als we het vliegtuig naar een andere hoogte
of koers willen brengen, moeten we de bestaande balans verstoren via de
stuurvlakken. Door het verstoren van die balans (over één of meer assen)
zal het vliegtuig een nieuwe balans zoeken die de krachten wederom in
evenwicht brengt. Er is dan een nieuwe balans ontstaan.

Het zwaartepunt:

Het zwaartepunt van een vliegtuig wordt ook wel massamiddelpunt of in
het Engels Centre of gravity (CG) genoemd. Dit is het denkbeeldige punt
waarop de zwaartekracht aangrijpt. Het zwaartepunt wordt aangegeven
door een cirkel met zwart/witte vakjes.

Het zwaartepunt is geen statisch punt en kan verschuiven door positie van
de inzittenden, belading en brandstof. Door verbranding van de brandstof

tijdens de vlucht, zal het brandstofgewicht afnemen en het zwaartepunt
verschuiven tijdens de vlucht. Het zwaartepunt mag niet onbeperkt
verschuiven. Dit mag slechts tussen de voorste en achterste limiet. Deze
limieten staan beschreven in het AOM en moeten voor elke vlucht
berekend worden. Valt het zwaartepunt over een limiet heen, mag het
niet vliegen.

Een achterlijk zwaartepunt ligt naar achteren verschoven maar valt nog
binnen de limieten. Een voorlijk zwaartepunt ligt naar voren verschoven
en valt ook nog binnen de limieten. Binnen de voorste –en achterste limiet
ligt het bereik (Engels: Range) waarbinnen het zwaartepunt mag
verschuiven. Een achterlijk zwaartepunt maakt een vliegtuig lichter
bestuurbaar in vergelijk met een voorlijk zwaartepunt. Een voorlijk
zwaartepunt maakt een vliegtuig moeilijker bestuurbaar, met name bij de
landing. Meer hierover en over het berekenen van het gewicht en de
balans (Engels: Weight and Balance) bij het hoofdstuk Flight Performance
& Planning.

De 3 rotatie assen:

Om het zwaartepunt beweegt het toestel om zijn 3 assen. De assen
worden ook wel rotatie-assen genoemd en de bewegingen om de assen
noemen we hoofdeffecten.

De 3 assen snijden elkaar door het zwaartepunt:

Een vliegtuig rolt (Engels: Rolling) om de langsas. De langsas is de
denkbeeldige lijn tussen het achterste punt van het vliegtuig en het
voorste punt van het vliegtuig. Als de draagkracht van één van beide
vleugels verandert, zal het vliegtuig gaan rollen.

Als de vlieger de stuurknuppel naar links of rechts beweegt zal het
vliegtuig gaan rollen. Door het bewegen van de stuurknuppel zullen de
rolroeren van stand veranderen en zal het vliegtuig gaan rollen. Echter,
rollen kan ook voorkomen door turbulentie. De rolroeren bevinden zich
aan het uiteinde van de vleugels en werken tegengesteld aan elkaar. Als
het ene rolroer omhoog beweegt, beweegt het andere naar beneden.

Als een rolroer naar beneden beweegt zal op dat gedeelte de welving van
de vleugel worden vergroot. Meer welving betekent meer lift.
Tegelijkertijd zal het andere rolroer de welving van de andere vleugel
verkleinen. Minder welving betekent minder lift.

Door dit verschil in lift zal het toestel ‘helling aanrollen’, zoals vliegers het
beginnen van een rolbeweging ook wel noemen. Als de vlieger de
stuurknuppel (of stuurwiel) naar rechts beweegt zal het rolroer van de
linkervleugel naar beneden bewegen en meer welving en lift ontwikkelen.
Tegelijk zal het rolroer van de rechtervleugel naar boven bewegen en
minder welving en lift produceren. Het vliegtuig zal daarom helling
aanrollen naar rechts.

De stabiliteit rond de langsas noemen we dwarsstabiliteit. Na uitleg de
hoofdeffecten en de bochten, zullen we uitgebreid ingaan op stabiliteit en
evenwicht.

Een vliegtuig stampt (Engels: Pitching) om de dwarsas. De dwarsas is de
denbeeldige lijn tussen de uiterste puntjes van de vleugels. Die
vleugeluiteinden noemen we ook wel vleugeltips. Het hoogteroer bevindt
zich aan het horizontale gedeelte van de staart dat we stabilo (Engels:
Horizontal stabilo) noemen. Als het hoogteroer van stand verandert
(omhoog of omlaag) zal ook hier de welving en dus ook lift toe –of
afnemen.

Als de vlieger de stuurknuppel (of stuurkolom) nu van zich af duwt, zal
het hoogteroer naar beneden bewegen. De welving en lift worden vergroot
en de staart zal omhoog bewegen. Het vliegtuig zal om het zwaartepunt
scharnieren met de neus naar beneden zal bewegen. Hierdoor zal de
neusstand ten opzichte van de horizon verlagen en zal het vliegtuig dalen.
Door het dalen zal ook de snelheid van het vliegtuig toenemen. Andersom
kan het ook; als de vlieger de stuurknuppel (of stuurkolom) naar zich toe
trekt, zal het hoogteroer naar boven scharnieren en zal de welving en lift
verkleinen. De staart zal omlaag bewegen en de neus zal omhoog
bewegen. Wederom is het zwaartepunt het scharnier in deze beweging.
Het vliegtuig zal stijgen en de snelheid zal afnemen. Sommige vliegtuigen
hebben geen vast horizontaal stabilo met beweegbaar hoogteroer, maar
beweegt het gehele horizontale staartvlak. In dat geval spreken we van
stabilator. De bediening en functies blijven gelijk aan het besproken
hoogteroer. Natuurlijk kan ook het stampen van het vliegtuig voorkomen
door turbulentie. De stabiliteit rond de dwarsas noemen we
langsasstabiliteit.

Een vliegtuig giert (Engels: Yawing) om de topas. De topas staat loodrecht
op de langsas en dwarsas. Het richtingsroer doet het vliegtuig gieren om
de topas.

Dit richtingsroer is een gedeelte van het verticale staartvlak ook wel
kielvlak genoemd. De vlieger kan het richtingsroer bewegen via het
voetenstuur. Hierdoor zal het richtingsroer bewegen naar links of rechts.
Als we het vliegtuig van bovenaf bekijken zal het verticale staartvlak
tezamen met het gedeelte richtingsroer lijken op de doorsnede van een
vleugel. Ook hier geldt dat indien de welving en ook lift groter worden, het
vliegtuig zal bewegen om het zwaartepunt.

In dit geval zal het vliegtuig om de topas bewegen en zal het vliegtuig
gieren. Als de vlieger bijvoorbeeld het rechterpedaal intrapt zal (van
bovenaf bezien) het richtingsroer naar boven uitslaan. De welving en lift
nemen aan de onderkant toe en doen het vliegtuig zal naar rechts gieren
met de neus. Hetzelfde principe gaat op voor het naar links gieren van de
neus. Nu trapt de vlieger het linkerpedaal in en zal het richtingsroer de
andere kant uitslaan. De welving en lift worden groter aan de bovenzijde
van het vliegtuig en de neus zal naar links gieren om de topas. De
beweging rond de topas wordt dus gecontroleerd door het richtingsroer.
Daarom noemen we stabiliteit rond de topas ook wel richtingsstabiliteit.

Flutter:

Flutter kan een potentieel levensgevaar zijn voor het vliegtuig en zijn
bemanning. Met flutter wordt een snel en oncontroleerbaar
trillingsverschijnsel bedoeld van vleugels, de staartvlakken en
stuurvlakken. Tijdens een vlucht bewegen de vleugels, vleugeltips,
staartvlakken en stuurvlakken op –en neer onder invloed van
veranderingen in de luchtstroming, bijvoorbeeld door turbulentie. Door de
massa-traagheid zullen de stuurvlakken iets later bewegen dan de
vleugels. Dit is een normaal verschijnsel.

Laten we nu als voorbeeld de rolroeren nemen. Door speling (slecht
onderhoud!) of een slechte massabalancering op de rolroeren, blijven de
op –en neergaande bewegingen van de rolroeren te ver achter op de
bewegingen van de vleugeltips. Door de verschillen in de invalshoeken
worden de op –en neergaande bewegingen steeds sneller en groter in hun
uitslag. De bewegingen versterken elkaar dan. Op een gegeven moment
worden de bewegingen oncontroleerbaar en kan er onherstelbare schade
ontstaan aan de roeren en/of de vleugels. Het vliegtuig kan zelfs uit
elkaar spatten door flutter. De tekening is de weergave van flutter in een
grafiek.

Er is een grotere kans op flutter als het vliegtuig dichter bij de maximaal
toegestane vliegsnelheid komt. Hoe dichter de maximale vliegsnelheid
benaderd wordt, hoe meer kans op flutter. Een goede massabalancering
van de stuurvlakken en geen speling van de stuurvlakken doet de kans op
flutter aanzienlijk verminderen. De fabrikant kan door verandering van het
zwaartepunt van het stuurvlak flutter tegengaan. Dit noemen we
massabalancering. Voor een goede massabalancering wordt soms een
gewicht vóór het draaipunt van het stuurvlak gemonteerd. Bij sommige
vliegtuigtypen monteert de fabrikant een gewicht dat aan de buitenkant
van de vleugel hangt.

In andere gevallen wordt een hoornbalans gemonteerd. Bij de
onderstaande uitleg over trimvlakken wordt uitleg gegeven over de
werking van een hoornbalans.

Trimvlakken:

De kracht die er nodig is om van hoogte, snelheid of stand te veranderen
kan geneutraliseerd of verkleind worden via zogenaamde trimvlakken. Op
de onderstaande foto is het trimvlak van het hoogteroer rood uitgekaderd.

Veel sportvliegtuigen hebben alleen een hoogteroertrim. Bij sommige
vliegtuigtypen zijn ook de andere stuurvlakken voorzien van trimvlakken.
Wij beperken ons tot de principe werking van een trimvlak, in dit geval
een hoogteroertrim.

Het principe van trimvlakken blijft gelijk voor de andere stuurvlakken. De
constante kracht die de vlieger moet uitoefenen op de stuurknuppel om
het vliegtuig in een bepaalde stand, snelheid of op een bepaalde hoogte te
houden, wordt door instelling van de trimvlakken verkleind of geheel
weggenomen.

Een hoogteroertrim is meestal een klein beweegbaar deel van de
achterkant van het hoogteroer. In het Engels noemen we dit een Trim tab.

De uitslag van het trimvlak is tegengesteld aan de uitslag van het
hoogteroer. Bij de meest gebruikelijke uitvoering van de hoogteroertrim
kan de vlieger de uitslag van het trimvlak handmatig instellen totdat hij
voelt dat de stuurkracht verkleinde of weggenomen is. Door het instellen
van het trimvlak tegengesteld aan de stand van het hoogteroer,
ontwikkelt het trimvlak een kracht tegengesteld aan de stuurkracht; Het
trimvlak produceert een ‘eigen’ liftkracht(je) tegengesteld aan de
liftkracht van het hoogteroer.

De stuurkracht wordt hierdoor verminderd of geheel weggenomen. De
vlieger hoeft dan geen constante druk uit te oefenen op de stuurknuppel.
Het wegnemen van de stuurkrachten via het trimvlak noemen we ook wel
het ‘aftrimmen van het vliegtuig’. Eenmaal handmatig ingesteld zal een
trimvlak niet meer van stand veranderen. Als de vlieger de stand van het
hoogteroer verandert, zal het trimvlak hierop aangepast moeten worden.

Er zijn verschillende systemen om stuurkrachten op te heffen. Hierboven
beschreven we een conventioneel en meest gebruikelijk trimsysteem dat
vanuit de cockpit handmatig in te stellen is.

Er zijn ook vaste trimvlakken die niet in te stellen zijn door de vlieger en
permanent een vaste uitslag houden.

Er zijn vliegtuigen waarvan het hoogteroer (of andere stuurvlakken) is
voorzien van een hoornbalans. De hoornbalans steekt uit vóór het
draaipunt van het hoogteroer.

Het hoorngedeelte zal een tegengestelde kracht ontwikkelen aan die van
het hoogteroer en zodoende de stuurkracht doen afnemen. Als het
hoogteroer bijvoorbeeld naar beneden beweegt, zal het hoorngedeelte
naar boven scharnieren. Hierdoor wordt op het hoorngedeelte een kracht
uitgeoefend die tegengesteld is aan de kracht die op het hoogteroer wordt
uitgeoefend. Het resultaat van dit krachtenkoppel is vermindering van de
stuurkracht.

In het hoorngedeelte zit een massabalans die zorgt voor een goede
balancering van het hoogteroer. Zoals we weten is een goede
massabalancering van belang om flutter tegen te gaan.

Sommige vliegtuigfabrikanten monteren een balansvlak aan de
achterzijde van het hoogteroer. Dit is een klein gedeelte van het
hoogteroer dat automatisch een tegengestelde beweging maakt als het
hoogteroer een bepaalde uitslag krijgt. Het balansvlak werkt dus contra
aan de bewegingen van het hoogteroer. De vlieger kan de uitslag van het
balansvlak niet zelf veranderen.

Er zijn ook vliegtuigen die een anti-balansvlak (Engels: anti-balance tab of
anti-servo tab) hebben. Dit is een klein instelbaar gedeelte aan de
achterkant van een stabilator.

Een stabilator is een horizontaal staartvlak dat in zijn geheel kan bewegen
en dient als hoogteroer. Dit soort hoogteroeren kunnen veel grotere
stuurkrachten ontwikkelen in vergelijk met ‘vaste’ horizontale
staartvlakken waaraan hoogteroeren bevestigd zijn. Het beweegbare
oppervlak van een stabilator is immers veel groter dan van een
conventioneel hoogteroer. Juist vanwege de grote stuurkrachten bij
relatief kleine roeruitslagen van de stabilatoren, is het belangrijk om
overcorrecties te vermijden. De anti-balansvlakken bewegen in dezelfde
richting als de uitslag van de stabilator. In feite versterken ze de uitslag
van de stabilator waardoor een extra welving ontstaat. De stuurkracht die
de vlieger moet geven wordt groter, waardoor overcorrecties (hopelijk)
worden vermeden.

Het anti-balansvlak kan ook tegengesteld aan de uitslag van de stabilator
worden gebruikt. Dan heeft het eenzelfde werking als een conventioneel
trimvlak en worden de constante stuurkrachten weggenomen of verkleind
om het vliegtuig in een bepaalde stand, snelheid of op een bepaalde
hoogte te houden.Het trimvlak wordt ook wel een secundair stuurvlak
genoemd. Al eerder omschreven we de primaire stuurvlakken; rolroeren,
richtingsroer, hoogteroeren.

De totale weerstand:

Op dit punt kunnen we meer uitleg geven over de totale weerstand die
een vliegtuig ondervindt. Zoals we eerder schreven is de totale weerstand
op te delen in:

• Geïnduceerde weerstand.
• Schadelijke (of parasitaire-) weerstand.

Geïnduceerde weerstand. Dit is de weerstand die wordt opgewekt door
lift. Het is dus een weerstand die liftafhankelijk is. Hoe meer lift, hoe meer
geïnduceerde weerstand.

Tijdens het vliegen heerst aan de onderkant van de vleugel een overdruk
en aan de bovenkant van de vleugel een onderdruk.

Door deze drukverschillen willen luchtdeeltjes van hoge –naar lage druk
bewegen via de vleugeltips. Dus van de onderkant de vleugel naar de
bovenkant van de vleugel. Dit zorgt ervoor dat de luchtstroming aan de
bovenkant van de vleugel naar de romp toe wordt afgebogen en dat de
luchtstroming aan de onderkant van de vleugel van de romp af wordt
afgebogen. Deze tegengestelde luchtstromen ontmoeten elkaar achter de
vleugel en er ontstaan vortices of luchtwervelingen.

De vortices versterken de downwash achter de vleugel. De verstoring die
dit alles geeft op de inkomende ongestoorde luchtstroming noemen we
geïnduceerde weerstand.

Een vortex is een soort draaikolk van lucht die steeds groter wordt, naar
beneden uitwaaiert en daarmee ook in kracht afneemt. De vortex achter
de vleugeltip is het grootst en sterkst. Deze wordt ook wel tipwervel of in
het Engels Wingtip vortex genoemd.

De turbulentie die een tipwervel produceert noemen we zogturbulentie of
in het Engels Wake turbulence. Hoe groter en zwaarder het vliegtuig, hoe
groter de vortices zijn die geproduceerd worden. Immers; hoe zwaarder
het vliegtuig => hogere liftproductie noodzakelijk => meer geïnduceerde
weerstand als consequentie.

De geïnduceerde weerstand neemt vooral toe bij lage snelheden, grote
invalshoeken en hoge liftproductie, dus bij start, aanvliegen, landing,
steile bochten en vliegen op lage snelheid (Slow flight). Tipwervels
ontstaan pas als het neuswiel van de grond loskomt. Het loskomen van
het neuswiel op de startbaan noemt men ook wel roteren (de snelheid van
het rotatiemoment kunnen we ook met een V speed code benoemen: Vr).
Een en ander geldt ook voor het landen. Zodra het neuswiel tijdens het
landen de baan raakt, verdwijnen de tipwervels.

Het zijn vooral de grotere en zwaardere (verkeers-)vliegtuigen die zeer
sterke zogturbulentie produceren. Deze wake turbulence kan dermate
sterk zijn dat lichtere vliegtuigen (en zelfs grotere vliegtuigen) die in de
zogturbulentie terechtkomen, onbestuurbaar kunnen worden. De gevolgen
van een onbestuurbaar vliegtuig laat zich raden....!

De tipwervels zijn direct achter de vleugeltip het meest geconcentreerd en
sterkst. De ‘draaikolk’ wordt langzaam groter en de kracht van de
wervelingen neemt langzaam af. De tipwervels waaieren langzaam onder
de vliegbaan uit en verwijderen zich van elkaar. Het is dus niet raadzaam
om zich direct achter of onder een vertrekkende of aankomende vliegtuig
te begeven. Door (zij-)wind kan zogturbulentie sneller verwaaien dan bij
windstilte. Maar door (zij-)wind kunnen tipwervels die zich verwijderen
van de startbaan ook teruggeblazen worden. Er bestaan daarom geen
vaste normtijden voor het uitsterven van zogturbulentie, maar algemeen
houdt men maximaal 3 minuten aan in tijd en 6 NM in afstand als
veiligheidsmarge. De ICAO heeft separatienormen vastgesteld en heeft
vliegtuigen ingedeeld naar maximaal toegestaan startgewicht (Engels:
Maximum take off weight of MTOW). De klassen zijn:

• Light aircraft: 0 tot 7.000 kg
• Medium aircraft: 7.000 tot 136.000 kg
• Heavy aircraft: 136.000 kg of meer

In het hoofdstuk Voorschriften staan de exacte separaties vermeld
volgens de ICAO. Op dit punt is het van belang weten dat bij de start:

Een sportvliegtuig het best kan roteren ná het landingsmoment van een
zwaarder vliegtuig geland is.
Een sportvliegtuig het beste kan roteren vóór het rotatiemoment van een
zwaarder vliegtuig dat eerder vertrokken is.

En bij de landing:

Een sportvliegtuig het beste kan landen vóór het rotatiemoment van een
zwaarder vliegtuig dat eerder vertrokken is.
Een sportvliegtuig het best kan landen op een punt op de baan ná het
landingspunt van eerder geland zwaarder vliegtuig.

Het is belangrijk om te onthouden om zowel bij start als landing boven de
vliegbaan te blijven van de (zwaardere-) voorganger. Op die manier wordt
de zogturbulentie van de voorganger uit de weg gegaan.

Door de vleugeltips te modificeren met neer –of opstaande randen aan de
tips wil de fabrikant het ‘lekken’ van de bovendruk naar de onderdruk om

de vleugeltips tegengaan. De opstaande vleugelgedeelten op de tips
noemen we Winglets.

Andere fabrikanten monteren vleugels waarvan het tipgedeelte naar
beneden gericht is. Ook monteren fabrikanten op sommige vliegtuigtypen
tanks (of soortgelijke onderdelen) op de vleugeltip om het ‘lekken’ tegen
te gaan. De tanks op de vleugeluiteinden noemen we Tiptanks.

Ook kan de fabrikant de vleugelvorm aanpassen. Zo kan een fabrikant een
‘wrong’ in de vleugel aanbrengen. De wrong is een verdraaiing van de
vleugel. De instelhoek van de vleugelwortel is groter ten opzichte van de
instelhoek van de vleugeltip. De fabrikant kan ook kiezen om
vleugelslankheid of aspect ratio te vergroten. De aspect ratio is de
verhouding tussen spanwijdte en koorde. Een lange dunne vleugel
(bijvoorbeeld de vleugels van zweefvliegtuigen) heeft een hoge aspect
ratio. Een kleine, dikke vleugel (bijvoorbeeld sommige vleugels van
jachtvliegtuigen) heeft een lage aspect ratio.

Als laatste kan de fabrikant de vleugel taps laten toelopen. De vleugeltip
wordt hierdoor verkleind.

Overigens produceren helikopters ook zogturbulentie. De zogturbulentie
die helikopters produceren is groter dan van vliegtuigen van dezelfde
afmetingen en gewicht. Dit geldt met name voor momenten waarop de
rotorbladen van helikopter veel lift moeten produceren; de start, de
landing en het stilhangen in de lucht (Engels: Hovering).

2. Schadelijke weerstand (ook wel parasitaire weerstand genoemd). Deze
weerstand is niet liftafhankelijk maar snelheidsafhankelijk. Als het
vliegtuig niet beweegt is er ook geen schadelijk weerstand. Zodra het
vliegtuig snelheid maakt, ontstaat er schadelijke weerstand. Deze neemt
kwadratisch toe met de snelheid. Dus als de snelheid verdubbeld, zal de
schadelijke weerstand verviervoudigen.

Het is belangrijk te weten dat schadelijk weerstand rond de
overtreksnelheid ‘slechts’ zo’n ¼ van de totale weerstand uitmaakt, ¾ van
de totale weerstand rondom de overtreksnelheid is geïnduceerde
weerstand. De schadelijke weerstand kan worden onderverdeeld in:

2a. Wrijvingsweerstand: In een ongestoorde luchtstroom bewegen
luchtdeeltjes zich rechtlijnig voort. Door viscositeit (= mate van
samenhang ook wel vloeibaarheid genoemd) van lucht zullen luchtdeeltjes
de rondingen van het vleugelprofiel willen volgen. De lucht wil al het ware
blijven ‘plakken’ aan het oppervlak. Dit hangt samen met de vorm van het
vleugelprofiel. Is de vorm te hoekig of zijn de randen te scherp dan zal de
luchtstroming het profiel willen loslaten en wordt turbulent. Denk hierbij
aan de loslatende turbulente stroming.

De luchtstroom die grenst aan het vleugeloppervlak noemen we
grenslaag. Deze grenslaag is erg dun. Veelal een paar millimeter in
doorsnede. Door het blijven ‘plakken’ van luchtdeeltjes aan het
vleugeloppervlak, ontstaat binnen de grenslaag een verschil in snelheid.
De snelheid van de luchtdeeltjes direct op het vleugeloppervlak is 0.
Binnen de grenslaag verandert de snelheid van luchtdeeltjes van 0 naar
de snelheid van de ongestoorde luchtstroom. De grenslaag omhult niet
alleen het vleugelprofiel maar het hele vliegtuig. Het blijven ‘plakken’ van
de luchtdeeltjes is de oorzaak van wrijvingsweerstand.

Het hele vliegtuig ondervindt wrijvingsweerstand als het door de lucht
beweegt. Wrijving is ook afhankelijk van de snelheid van het vliegtuig;
hoe meer snelheid, hoe meer wrijving. Wrijving is ook afhankelijk van
‘gladheid’ van het vliegtuig oppervlak. Hiermee bedoelen we bijvoorbeeld
uitstekende delen, vuil, afbladderende verflagen, ijsvorming, klinknagels,
etc. hoe gladder het oppervlak, hoe minder wrijving. Wrijving is als laatste
afhankelijk van de afmetingen van een vliegtuig. Een groot vliegtuig zal
meer wrijving ondervinden dan een klein vliegtuig.

2b. Vormweerstand: Door een afgeronde, slanke vorm zal de
luchtstroming het vliegtuig oppervlak minder loslaten en dus minder
turbulentie opleveren dan een hoekige, lompe vorm.

In feite wil men door de vorm de ongestoorde luchtstroming zo min
mogelijk onderbreken. De vormweerstand wordt groter door de snelheid;
hoe meer snelheid, hoe meer vormweerstand. De vormweerstand wordt
groter als de luchtdichtheid groter wordt (bij gelijkblijvende snelheid). Hoe
groter de luchtdichtheid, hoe meer luchtdeeltjes per volume lucht tegen
de ‘vorm’ aanbotsen, hoe groter de vormweerstand. De vormweerstand is
als laatste afhankelijk van de grootte van het aangestroomde oppervlak.

2c. Interferentieweerstand: Als de luchtstromingen van verschillende
vliegtuigonderdelen elkaar negatief beïnvloeden ontstaat
interferentieweerstand. Een goed voorbeeld is de overgang van de romp
naar de vleugel. Als deze overgang hoekig is, zal er door onderlinge
beïnvloeding extra (interferentie-) weerstand ontstaan. Door de
overgangen van de romp naar de vleugel zo vloeiend mogelijk te laten
verlopen, wordt de interferentieweerstand zo laag mogelijk gehouden.
Deze ‘hoekige’ overgangen worden door de fabrikant voorzien van
vloeiplaten, zodat de overgang vloeiender verloopt op de luchtstroming en
dus minder interferentieweerstand oplevert.

Als we de grafieken voor geïnduceerde weerstand en schadelijke
weerstand samenvoegen, kunnen we de totale weerstand weergeven.

We zien dat de totale weerstand varieert met snelheid. Bij lage snelheden
is de geïnduceerde weerstand hoog, bij hoge snelheden is de schadelijke
weerstand hoog. Op punt A is de totale weerstand minimaal. Dat punt

Principles of flight

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Principles of flight