langsstabiliteit, v-stelling en zwaartepunt

*OPM: ik had dit oorspronkelijk onder 'algemeen' geplaatst, maar omdat ik denk dat zweefliefhebbers relatief vaak interesse in theorie hebben heb ik 'm hier heen verplaatst**
Ik heb het altijd vanzelfsprekend gevonden dat een V-stelling langsstabiliteit oplevert, dwz een kleine verdraaiing om de langsas leidt tot een klein corrigerend koppel waardoor het model weer horizontaal komt.
Ik heb ooit eens in een boekje gelezen: de vleugelhelft die omlaag kantelt heeft een groter geprojecteerd oppervlak dan de vleugelhelft die omhoog kantelt, waardoor de lift aan die kant ook groter is en het vliegtuig dus weer terugkantelt.
Maar volgens mij is dit onzin.
De lift staat altijd loodrecht op het vleugeloppervlak, ongeacht de kanteling om de langsas van het model. Als het model een beetje kantelt is er dus geen corrigerend koppel, want de kracht (=lift) en de arm (=vleugelafmeting) blijven gelijk.
Waarom heeft V-stelling dan toch een stabiliserend effect?
Ik kan me alleen indenken dat door de kanteling de lift een kleine horizontale (dwars) component krijgt, waardoor het model een zijdelingse snelheid krijgt. Deze zijdelings snelheid zorgt er bij een v-stelling voor de de ene vleugel een beetje extra wind ONDER de vleugel krijgt en de ander een beetje ERBOVEN. Dat zou een corrigerend koppel leveren. Mar dit is dus pas zo als het model daadwerkelijk zijdelings wegslipt, en het lijkt me heel weinig.
Hoe zit dit???

Iets anders: is de verticaal gemeten afstand van het zwaartepunt tot de vleugel van invleod op de stabiliteit? Gevoelsmatig lijkt me dat een laag liggen zwaartepunt langsstabiliteit oplevert, ongeveer zoals een kiel onder een zeilboot. Alleen bij een boot verandert het drukpunt van de lift (drijfvermogen) bij kantelen van het schip, bij een vliegtuig niet.
Oftwel: als ik de vleugel in plaats van boven de romp, ONDER de romp bevestig, veranderd dan de langsstabiliteit?

Ik snap het ff helemaal niet meer.

 

Ah, iemand die nadenkt. Het hele verhaal van de geprojecteerde aardoppervlakte is inderdaad volledige lariekoek. Bij mij gingen pas de ogen open toen ik dit boek las.
http://www.amazon.com/Basic-Aeronau...40/ref=sr_11_1?ie=UTF8&qid=1200571599&sr=11-1

Er moet zoals jij al dacht eerst een sideslip-velocity ontstaan, het toestel moet eerst dus wat gaan 'vallen'

In RC Model World heeft hij ook een column waarin hij dit soort zaken maandelijks de revue laat passeren.
http://www.rcmodelworld.com/issue/issue.aspx?cid=3952&iid=3633

 

Zou ook de zwaartekracht hierin geen rol spelen? Laten we uitgaan van een schuin liggend model, voor het gemak ligt de ene vleugelhelft horizontaal en de andere staat iets omhoog.

De lift van de horizontale vleugelhelft werkt recht omhoog, tegen de zwaartekracht in.
De lift van de schuinliggende vleugelhelft staat haaks op de vleugel en werkt schuin omhoog. Deze kracht is te ontbinden in een horizontale- en een verticale component. De verticale komponent is dus kleiner als van de horizontale vleugel. De zwaartekracht op de schuine vleugel is gelijk, dus kracht die de vleugel omhoog houdt is kleiner.

Gevolg: de omhoogstaande vleugel daalt tot er een nieuw evenwicht is ontstaan.

De horizontale kracht van de opstaande vleugel, de horizontale vleugel heeft geen horizontale kracht, zorgt er ook voor dat het toestel naar de richting van de horizontale vleugel wil bewegen.


N.P.S.

 

Wat je vergeet bij deze wijze van ontleden is dat de horizontale component ook in een moment tov het zwaartepunt resulteert die de bank verergert.
Makkelijker te begrijpen wordt het als je de liftkrachten op de twee vleugelhelften combineert tot een. Je houdt dan een kracht over haaks op het model (geografisch). Deze kracht gaat samen met de zwaartekracht door het zwaartepunt van je model. Ondanks dat in een bank beide vectoren niet meer in elkaars verlengde liggen gaan ze nog steeds door hetzelfde punt en kunnen op zich dus niet in een moment resulteren dat het toestel weer richt.

 

Mijne Heren,
dit is een discussie die uitgebreid besproken wordt in het leerzame boek van Martin Simons "Model Aircraft Aerodynamics" (hoofdstuk 12.28 "Dihedral")
De onderstaande quote is bijna goed.
Quote:
>Waarom heeft V-stelling dan toch een stabiliserend effect?
Ik kan me alleen indenken dat door de kanteling de lift een kleine horizontale (dwars) component krijgt, waardoor het model een zijdelingse snelheid krijgt. Deze zijdelings snelheid zorgt er bij een v-stelling voor de de ene vleugel een beetje extra wind ONDER de vleugel krijgt en de ander een beetje ERBOVEN. Dat zou een corrigerend koppel leveren. Mar dit is dus pas zo als het model daadwerkelijk zijdelings wegslipt, en het lijkt me heel weinig.

Het gedeelte van de quote:
> en het lijkt me heel weinig.
is niet goed.
Het is juist een sterk effect omdat bij het slippen de invalshoek van de lage vleugel als geheel iets groter wordt en hoge vleugel kleinere invalshoek krijgt.

Nou geldt dit natuurlijk alleen bij een positieve V-stelling. Grote transportvliegtuigen met hooggelegen, sterk naar achteren gepijlde vleugels zijn vaak te stabiel. Daarom hebben ze dan een negatieve V-stelling om de stabiliteit op het gewenste niveau te brengen.
Bij het goed in orde brengen van de stabiliteit om de drie assen telt de gehele vorm mee. Dus elk verhaal over de V-stelling alleen vertelt nooit het hele verhaal.

 

V stelling

Helemaal eens met de antwoorden van Theo en Hans.
Een klein proefje als toevoeging: kijk eens recht van voren naar een model met V-stelling (dus vanuit de luchtaanstroomrichting).
Draai het model dan een beetje om de topas zoals ie een beetje zijdelinks slippend op je af komt.
Ineens is duidelijk dat de invalshoek van de vleugel die het meest naar je toegericht staat groter wordt ) en de andere kleiner (je ziet hem meer van onderen dan de andere): hierdoor heeft de binnenvleugel meer lift dan de buitenvleugel.

 

Dit begrijp ik niet helemaal. De twee vleugelhelften zijn vast met elkaar verbonden en hebben een gelijke hoek met de hartlijn van de romp. Hoe kan dan bij slippen de invalshoek van beide vleugels verschillend zijn.

N.P.S.

 

V stelling

NPS: de instelling van de vleugel tov de hartlijn van de romp is de instelhoek, die veranderd uiteraard niet bij slippen.
De invalshoek, namelijk de hoek tussen de hoofdrichting van de luchtstroom ten opzichte van de vleugel veranderd wel degelijk.
Daarom zeg ik ook: kijk eens schuin van voren, zoals de lucht dus aanstroomd bij een zijslippend model naar de V-stelling.
Het is dan direct duidelijk dat je de dichtsbijzijnde vleugel onder een grotere hoek ziet (een grotere invalshoek) dan de andere.
Dit is wel uit te leggen met een heel verhaal over snijdende vlakken, projectie en stereometrie, maar gewoon kijken laat het je in een keer zien.
Ik hoop dat dit duidelijker is?

 

Allen bedankt voor de reacties.
Ik begrijp nu waarom V-stelling stabiliteit tegen rollen geeft (althans vergroot).
Maar hebben jullie ook ideeën over mijn tweede vraag, de al dan niet stabiliserende werking van een laag liggend zwaartepunt? Volgens mij mag ik m'n aan een 1m lange staaf onder m'n rop hangen (mits niet te veer naar voor of achter en afgezien van luchtweerstand natuurlijk) zonder iets te veranderen aan de stabiliteit mbt rollen.

 

.

 

Volgens mij is het net andersom: Als de tips een kleinere invalshoek hebben dan het middendeel verbetert de stabiliteit. Of eigenlijk: dan raakt het middendeel eerder overtrokken dan de tips, waardoor het model minder de neiging heeft plotseling over één vleugel weg te vallen (bv. bij het maken van een krappe bocht).

 

V stelling

Ron Gijzen heeft gelijk, verbeterde stabiliteit komt door negatieve tipverdraaing .
door de werking van de V-stelling bij slippen vliegt je tip al snel dichter bij de overtrekhoek dan het middendeel (ingeval van een vlakker middendeel) of, bij enkele V-stelling: de binnenbochtvleugel vliegt dichter bij de overtrekhoek dan de buitenvleugel.
Als het allemaal te veel wordt overtrekt de binnenvleugel met tevens een extra weerstandsopbouw die daar bij hoort, gevolg: een venijnige spiraal.
Door negatieve tipverdraaing voorkom je dit een heel eind.
Bij rugvlucht, tja, bij een asymetrisch profiel en V-stelling is alles dan al een zootje, dus ook de stabiliteit.( maar vooral wel blijven doen natuurlijk!)
Bij een symetrisch profiel en een model wat ook volwaardig stuntable op zijn rug moet kunnen vliegen dan ook geen tipverdraaing toepassen.

 

Deze vraag is een beetje blijven hangen geloof ik...
Als je rechtuit, of een keurige bocht vliegt zal het inderdaad niet veranderen.
Maar als het toestel slipt, dan zal een laagliggend zwaartepunt het toestel rollen (zwaartepunt zit lager dan het aangrijpingspunt van de zijdelingse weerstand) zodat de vleugel aan de kant waarheen geslipt wordt, omhoog gaat; de slip verandert in een bocht, en alles is weer in evenwicht.
Dus, zoals je al vermoedde is een hoogdekker stabieler (niet voor niks zijn de meeste trainers hoogdekkers, en de meeste toestellen zonder ailerons zijn ofwel hoogdekkers, ofwel hebben een flinke V-stelling).

 

Bedankt Bart, de hoogte van het zwaartepunt tov het aangrijpingspuint van de wrijvingskracht is dus van belang. Een laag zwaartepunt geeft bij zijdelings slippen dus een corrigerend koppel om de langsas -> stabiliteit.
Maar dus een verhoogde voorwaartse snelheid geeft dus ook een corrigerend koppel om de dwars-as ('up' bij hogere snelheden) en dus meer staniliteit om de dwars-as.
Voor een model dat je in een breed snelheidsgebied wilt kunnen in zetten (en neutraal moet blijven), kan het zwaartepunt dus het beste in het aangrijpingspunt van de luchtweerstand zitten, lijkt me.

 

Het gaat eigenlijk niet zozeer om het snelheidsbereik als wel om de al dan niet gewenste neiging om uit zichzelf in een neutrale stand terug te keren.

Toestellen die goed acro moeten kunnen vliegen, hebben ook het zwaartepunt graag dichtbij het aangrijpingspunt van de weerstand, en bovendien weinig V-stelling. Op die manier blijven de vliegeigenschappen als-ie bijvoorbeeld op z'n kop vliegt min of meer vergelijkbaar. Echte stunters die ook meskant (op z'n kant) moeten kunnen vliegen hebben dat principe heel ver doorgevoerd, doorgaans met de vleugel halverwege romphoogte.

 

Misschien een beetje laat om hier op te reageren maarja..
Als ik jullie redeneringen goed kan volgen helpt de V-stelling enkel en alleen bij zij-slip en heeft dit niet met het al dan niet kleiner oppervlak van 1 vleugel t.o.v. de relatieve wind te maken.
Bij een normale vleugel zonder v-stelling is dit correct en is er inderdaad zij-slip nodig maar bij een vleugel met v-stelling zijn het beide effecten die hierop invloed hebben. Zoals u ziet op onderstaande foto zal het oppervlak van de linkervleugel verminderen en bijgevolg ook de lift. Vermits de lift ook steeds loodrecht staat op de vleugels gaat men de linkse liftkracht kunnen ontbinden in een horizontale en een verticale kracht. Bij de rechtervleugel niet, hierdoor zal deze een hogere lift creeren. De zijslip die wordt gecreerd door de middelpuntzoekende kracht is hier ook nog steeds van belang maar ik denk niet dat je kan zeggen dat enkel deze van belang is.

 

Nee.
Beide vleugels leveren evenveel lift(kracht).
Maar die liftkracht heeft niet op beide vleugels dezelfde richting.
De Li-vleugel op de foto (de vleugel die hoger staat) levert een kracht die ook een beetje naar rechts gericht is.
Daardoor gaat het vliegtuig slippen (naar de rechterkant van de foto).
Daardoor verandert de invalshoek van de omhoog wijzende vleugel, de invalshoek wordt minder, bij de horizontale vleugel verandert dat niet. Daardoor zal de kist zich weer recht richten.

 

(@Dirk: hopelijk bedoel je de ''horizontale'' vleugel )
@ Thomas97: dat verhaaltje over die horizontaal geprojecteerde oppervlakken is absoluut fout.
Het is echter wel een veelvuldig herhaald misverstand, dusdanig dat er plaatjes op internet van verschijnen en dan lijkt het ineens vaststaande theorie, maar laat je niet voor de gek houden.
Bedenk: de lift is een resultante van krachten die haaks staat op het hele vleugeloppervlak en heeft primair niets te maken (heeft geen relatie met) met hoe die vleugel gekanteld is ten opzichte van het aardoppervlak cq de richting van de zwaartekracht.
Bij V-stelling gecombineerd met slip verschuift die resultante naar de lagere vleugel door vergroting van de invalshoek van de lage en verkleining van de invalshoek van de hogere vleugel. (dit is een herhaling van wat al vroeger in dit draadje is betoogd)
Er is nog een tweede (weinig onderkend) effect waardoor ook vleugels zonder v-stelling, vliegend onder een positieve invalshoek een rol-stabiliserend effect ondervinden.
Dit werkt natuurlijk ook voor v-stelling vleugels ook maar is daar niet de dominante factor.

 

Een bewijs hiervoor is mijn Fike-E.


Een van de eerste micro indoor schaalmodellen. Ze weegt 38 gram en wordt bestuurd door mijn MicroMag besturing. 3 kanaals, Gas, Hoogte en Richting.
Voor die tijd unieke gewichten van 1.8 gram voor de ontvanger, 0.5 gram ESC en 0.7 gram voor de magneet actuatoren. Het model is trouwens vooral door Wijnand de Joode gebouwd (op de foto links van mij).

Met de volledig vlakke vleugel en slechts richtingsroer was de besturing en stabiliteit erg goed.

Dit effect treed op bij hoogdekkers in het algemeen, bij laagdekkers is het juist rol de-stabiliserend.
De Antonov hoogdekkers hebben vaak een negatieve V-stelling om het effect dat officieel gier-rol koppeling heet te minimaliseren. Dit geeft een neutraler stuurgedrag en de invloed van dwarswind bij start en landing wordt minder.

Rick

 

Ik heb nog maar weinig medestanders voor mijn bewering dat ook een vlakke vleugel rolstabiliteit geeft, dus: Hoera!

@Rick: Echter, ik snap je bewering niet:

Ik heb hierover al eens een discussie gestart, (alhoewel mij niet altijd in dank afgenomen) dwars-stabiliteit-verband-met-hoogte-zwaartepunt die hopelijk wel weerlegt dat dit door de hoogte van het zwaartepunt komt tov van de vleugel.
Altijd in voor nieuw of extra inzicht, maar waar zou dit dan door komen en heb je dit daadwerkelijk gekonstateerd?