Vleugels balanceren en overtrekgedrag.

Graag uw mening over het volgende probleem. Is het balanceren van vleugels zinnig, en welke invloed heeft het op overtrekgedrag.

Plaatje om het te verduidelijken. De knik van de vleugel zit op 1m, de tip op 2m. De vleugels zelf zijn identiek maar er zijn op beide vleugels extra gewichten aangebracht (door reparaties of door verschillende zwaartes van het hout, wat je wilt)



Dan wil ik graag weten naar welke kant het toestel in plaatje 1 bij overtrekken wegvalt (de lichte of de zware vleugel) en waarom dat in plaatje twee niet meer zou gebeuren.

En om het nog mooier te maken, je hebt de zwaarste vleugel nóg zwaarder gemaakt dan hij al was om de boel statisch te balanceren en daarmee zou het probleem kleiner zijn geworden. Leg uit.

 

Arjan heeft gelijk .Ik heb het maar met een proef opstelling gedaan en inderdaad dikke zoemer voor mij.

 

nee, want de vragen zijn niet beantwoord. (welke kant het toestel in plaatje 1 bij overtrekken wegvalt (de lichte of de zware vleugel) en waarom dat in plaatje twee niet meer zou gebeuren.)

En onthou dan even dat jij steeds zegt dat een vliegtuig over de zwaarste vleugel weg zal vallen:

Overigens maak je ook een denkfout want in jouw plaatje is er GEEN statisch evenwicht.

 

Hefboom werking is jouw antwoord .Daardoor is de plaatsing van het gewicht dus belangrijk .



Deze lineaal stelt dan 2 vleugels voor vast aan je romp .
Beiden zijn gelijk qua gewicht alleen de gewichtsverdeling klopt niet .


hierdoor zou je dus 9 gram moeten toevoegen aan het linker eind van de lineaal.

Hierdoor rust er op de romp zowel links als rechts na toevoegen van die 9 gram even veel kracht ondanks dat links in totaal zwaarder is ..
Om dit euvel op te lossen is er dus maar 1 optie mogelijk .
Je moet aan beide vleugels gewicht toevoegen van minimaal het dubbele gewicht wat je nodig had aan de tip om te corrigeren .hiermee maak je dus de vleugels weer gelijk van gewicht en klopt de hefboomwerking nog steeds.





Nu is de vleugel statisch en dynamisch in balans

 

Mooi dat je het probleem snapt maar de vraag blijft staan. Overtrekt een vleugel eerder als hij zwaarder is dan de ander, óf als er statische onbalans is.
In plaatje 1 valt de rechter vleugel naar beneden als je het toestel op de grond legt maar de linker vleugel is zwaarder. En in plaatje 2 is het toestel precies in balans maar is de linker vleugel bijna een keer zo zwaar als de rechter. Welke invloed heeft dat op de overtrek....?

 

Allereerst het waarom van het balanceren van vleugels.
Als een vliegtuig niet statisch in balans is om de langsas (kist wil uit zichzelf linksom of rechtsom rollen) zal hij niet helemaal symmetrisch willen overtrekken. De principes hiervoor zijn anders voor vliegtuigen met en zonder rolroeren.

Eerst een 2-asser, dus een zwever zonder rolroeren met een flinke V-stelling. Als de rechter vleugel zwaarder is zal het vliegtuig rechtsaf willen rollen. Dit compenseer je door iets links te trimmen, het richtingroer heeft nu een continue uitslag naar links. Hierdoor gaat het vliegtuig licht slippen. De sliphoek (lucht komt vanuit het vliegtuig gezien iets van rechts) zorgt ervoor dat de rechtervleugel een wat grotere invalshoek krijgt, wat resulteert in een rolmoment naar links (tegengesteld aan het rolmoment door de onbalans). Door de grotere invalshoek van de rechtervleugel (=zware vleugel) zal deze vleugel in principe het eerst overtrekken.
Nog even voor de duidelijkheid: een vleugel overtrekt door het overschrijden van een zeker kritische invalshoek.

Bij een vleugel met rolroeren en minder V-stelling trim je de onbalans weg met de rolroeren. Je geeft dus wat links trim op rol. Het rechter rolroer slaat hierbij licht uit naar beneden, het linker rolroer wat naar boven. Ook hier zal de rechter (=zware) vleugel eerder overtrekken door de uitslagen van de rolroeren. De rechter vleugel heeft ter plaatse van het rolroern namelijk een grotere welving en een grotere invalshoek dan de linker vleugel bij het rolroer.

Bij een kleine onbalans zal het bij veel vliegtuigen nauwelijks merkbaar zijn dat één vleugel (theoretisch) eerder overtrekt. Zeker bij 2-assers gaat de stroming vaak langzaam naar een overtrokken situatie, als je een goeiig profiel (is vaak het geval bij een 2-asser) hebt zul je het verschil niet merken. Als je een profiel hebt wat meer plotseling overtrekt kan het verschil wel merkbaar zijn, dan kan een vliegtuig echt gaan wegvallen.

Als je vleugel statisch gebalanceerd is, maar er toch een significant gewichtsverschil is tussen de vleugels, kan ik geen reden verzinnen waarom dit tot asymmetrisch overtrekgedrag zou leiden. Toch lijkt het me niet gewenst. Het mooiste is natuurlijk als de vleugels gelijk gewicht hebben en ook een gelijk zwaartepunt in spanwijdterichting.

Zelf maak ik me niet zo snel druk over kleine gewichtsverschillen. Ik plak bij veel vliegtuigen gerust een camera van 30 gram op de tip zonder enig tegengewicht aan de andere kant (dan heb ik het niet over modellen van 200 gram). Je ziet dat je daarvoor maar zeer weinig hoeft te trimmen. Als je heel kritisch gaat kijken zul je misschien een licht asymmetrische overtrek zien, maar ik hou toch al niet van TE langzaam vliegen.

 

Hoi,

Naar mijn mening klopt het verhaal van Raymond 100%. Maar ....

Allereerst is het gewichtsverschil uit Arjans voorbeeld wel erg groot. De lichtste vleugel weeg 40% (!!!) minder dan de zwaarste. Anderom gesteld: de zwaartst weegt 67% (!!!!!!!!!!!) meer dan de lichtste. Een situatie die in het echt niet vaak zal voorkomen.

Zoals Raymond al zegt statisch (tijdens een rustige min of meer constante vlucht) zal er niet zo veel aan de hand zijn, en ook een gewichtsverschil wordt weggetrimd. Maar door die extra trim komt de zwaarst belastte vleugel wel dichter bij het overtrekpunt te liggen, en kun je daar bij een landing of bocht makkelijker overheen gaan. Ook een werveling/turbulentie kan bij de zwaarst belastte vleugel eerder tot een overtrek leiden.

Door dat trimmen vlieg je iedere vleugel bij een andere Cl, aangepast aan het gewichtsverschil. De zwaarst belastte zal ook het eerst overtrekken. Dus hoe groter het verschil, hoe eerder er asymmetrisch overtrek zal optreden.

Dynamisch wordt het anders.
Stel je vliegt een looping met als aanvang een 2x zo hoge snelheid als normaal (tijdens stationaire vlucht), en vervolgens geef je vol up. De instelhoek wordt vergroot, en daardoor de lift (lineair), maar door de verhoogde snelheid wordt de lift ook verhoogd (kwadratisch, dus 2x de snelheid = 4x de lift). Aangezien het gewicht van het vliegtuig niet is veranderd, peert hij met een noodgang omhoog de looping-bocht in. Oeps G-krachten. Stel eens dat er 3G optreedt. De lucht ervaart opeens een 3x zwaardere vleugel. Het verschil is ook 3x zo groot geworden!
Je zult dus meer moeten wegtrimmen. Maar je trimt niet dynamisch mee. De zwaarste kant zal dus een grotere looping willen vliegen dan de lichtere kant. Ergo ... een vleugeltip draait weg ...

Dirk.

 

Maar dat is nou juist mijn vraag Het gaat dan over plaatje 2. De vleugels zijn verschillend van gewicht maar statisch wél in balans. Dan hoef je al vliegend toch niks weg te trimmen....of wel?

Maar hier zit nou juist de tegenstrijdigheid waar mijn vraag over gaat, en dit betreft dus plaatje 1.
Kijk nog eens goed De rechter vleugel valt (statisch) naar beneden, maar dat is de lichtste vleugel, of eigenlijk die met de kleinste massa. Je zult dan naar links moeten trimmen om rechtuit te vliegen. En daardoor overtrekt de rechter vleugel het eerst. Tot zover zijn we het eens.
Maar nu jouw raadselachtige zinnetje: "De zwaarst belastte zal ook het eerst overtrekken." De zwaarste vleugel is juist de linker.

Zie je wat ik bedoel?

Over het dynamische deel gaat mijn vraag niet, dat is duidelijk en ook lang niet zo tegenstrijdig

 

De zwaarste vleugel raakt "overtrokken" zodra de vleugel niet meer lift geeft dan de vleugel weegt . De lichte vleugel is dan nog dragend omdat hier de lift nog afdoende is voor het gewicht voor de vleugel . oftewel de lichte vleugel draait over de zware vleugel heen .
Ik laat hier alle drifthoeken en trimmingen buiten schot .En neem dus ook even het totaal gewicht niet mee .
Is dit wat je wilt weten Arjan ?

 

Hoi Serge,
Nee, dat antwoord klopt echt niet. En is de reden dat ik dit draadje begonnen ben. Een vleugel overtrekt niet door gewicht maar door overschrijding van de kritische invalshoek. En die is voor beide vleugels exact gelijk dus er kan er niet één eerder overtrekken dan de ander, zolang het toestel niet slipt of er door (bijvoorbeeld) verschillend getrimde rolroeren, profielverschillen tussen beide vleugels zijn. Dus als het toestel statisch in balans is (en dat betekent: als je het op tafel legt valt niet één van de twee tippen naar beneden) maakt het niks uit of één vleugel zwaarder is dan de ander. Wat Raymond ook al zei;

In plaatje 1 raakt ook juist de LICHTSTE vleugel het eerst overtrokken.

 

overtrek is inderdaad aanstromingsverlies over je profiel of roer .
,maar als je langzaam gaat vliegen met nog steeds aanstroming ,zal op een gegeven moment de lift te weinig worden tov het gewicht .en hier zal de zware vleugel dan als eerste de verliezer zijn .

 

Arjan, in jouw voorbeeld hoeft er volgens mij niet getrimd te worden, en zal het vliegtuig dus symmetrisch overtrekken (beide vleugels gelijk). Ook als is één vleugel zwaarder, als het zwaartepunt van de hele vleugel in het midden ligt denk ik niet dat er getrimd hoeft te worden.
Het verhaal van Dirk blijft wel gelden, in een looping zal het vliegtuig scheef gaan trekken.

Serge, een vleugel levert niet de lift om zichzelf in de lucht te houden. De totale vleugel (linker- en rechterhelft) levert lift om het hele vliegtuig omhoog te houden. Als het zwaartepunt van het hele vliegtuig in het midden ligt (zoals in Arjans voorbeeld met vleugels van verschillend gewicht en zwaartepunt (van de vleugel)) levert de vleugel gewoon lift volgens de normale liftverdeling. En de vleugel zal dan dus symmetrisch overtrekken.

 

edit nvt

 

Duidelijk

 

Jij hebt gelijk, en Raymond zegt het ook al.
Feitelijk is dit de situatie die ontstaat als je twee vleugels met verschillend gewicht in evenwicht brengt met een (tov. het verschil klein) gewicht aan de tip.
En zo had ik er dus ook overheen gelezen. Ik dacht dat jij de situatie na correctie bedoelde.

Je hebt dus gelijk. Dit vliegt zonder trimmen. Maar al heel gauw zul je afwijkingen waarnemen die ontstaan door de dynamische verschillen. Het zou me niet verbazen als dat al tijdens de lier-/elastiek-/hoogtestart waarneembaar is.

Met die zwaarst belastte vleugel bedoelde ik dus de dynamisch zwaarst belastte vleugel.

Gr. Dirk.

 

Gewicht vs gewichtsmomenten en zijwaarts drukpunt.

Eens met een grotere invalshoek voor de rechter vleugel (en een kleinere voor de linker vleugel) nadat een vliegtuig naar links is gerold. Afhankelijk van een mogelijk 'haakeffect' zal de neus (iets) naar rechts gaan.

TIJDENS het gieren naar links, gaat de rechter vleugel sneller vliegen (de linker juist langzamer) en dus meer dragen. Daardoor ontstaat een rolmoment naar links. Oneens dat een constante sliphoek, (bvb via een trim en dus NA het gieren) een grotere invalshoek oplevert en aldus een rolmoment naar links.

Ik bedacht nog een ander effect dat ik hier niet tegen gekomen ben:
Bij een slippend vliegtuig, ontstaat door de aanstromende lucht op 1 kant (op romp+vleugel) een drukpunt tov de lengte-as. De andere kant vh vliegtuig ligt dan juist in de 'schaduw'. Afhankelijk vh ontwerp, kan dit drukpunt de neus meer naar links of juist naar rechts laten bewegen.

Verder heb ik de indruk dat veel vd discussies hier onvoldoende in de gaten houden het verschil tussen de som van gewichten en de som van gewichtsmomenten.
Hangt men een vliegtuig op volgens de lengteas, dan zal ze niet roteren, als de som vd gewichtsmomenten links en rechts gelijk zijn. De vleugels zelf kunnen dan een verschillend totaalgewicht hebben!

Zijn de gewichtsmomenten rechts groter, dan moet de rechter aileron
(iets) meer down krijgen. Een uiteindelijke overtrek zal dan, dankzij de grotere invalshoek, over de rechter vleugel plaats vinden.
Bij een 2-asser vindt de overtrek plaats over de achterblijvende vleugel, die dus in de schaduw ligt.

 

uhm....dat is precies wat ik in de openingspost doe. De oorspronkelijke vraag vraag was dan ook of dit invloed heeft op het overtrekgedrag, als de gewichtsmomenten wel in balans zijn maar de vleugels een verschillende massa hebben.

Hoe bedoel je dat?
Om het gewichtsmoment te compenseren zul je naar links moeten trimmen. Het toestel zal dus slippen waarbij de rechterzijde van de romp wordt aangestroomd. Jij stelt dat dan de linker vleugel zal overtrekken? Waarom dan? Ik denk het namelijk niet. De vleugel die iets vooruit wijst heeft de grotere invalshoek en zal eerder overtrekken.......

 

Gewichtsmomenten

Het gaat in het leven meestal om momenten van geluk. In de vliegerij meestal om krachtsmomenten.
Door evenwicht van gewichtsmomenten, kunnen we het zwaartepunt vd vleugelhelften denken op de lengteas vh vliegtuig. Ik kan nu geen enkele kracht meer bedenken die een rolmoment tov deze lengteas zou kunnen geven, nodig om tot een eenvleugelige overtrek te komen.
Verplaatsen we een reeks van gewichten (1) of voegen we die toe (2) zdd de som vd gewichtsmomenten nul blijft, dan verandert er in geval (1) helemaal niets en in geval 2 wordt de invalshoek iets groter....etc.

Het is mij tot nu toe niet duidelijk waarom bij een eenparige vlucht, de voorwaards wijzende vleugel een andere invalshoek kan hebben dan de achterliggende (slippende) vleugel. Zonder dit verschil, is er geen rolmoment.

De lijkant wordt minder efficient aangestroomd en kent ook nog extra geinduceerde turbulentie vd romp! Gevolg: Minder draagkracht.
De lijkant valt dus weg. Eigenlijk geen overtrek volgens de definitie.

 

Dit is met elkaar in tegenspraak.
Slippen, en daardoor een grotere invalshoek op de voorste vleugel is juist het mechanisme van 'rol'-besturing op een twee-asser!
Het effect is het best voorstelbaar als je in gedachten een twee-asser extreem (90 graden) laat slippen. Dan heeft de voorste vleugel een invalshoek te grootte van de V-stelling. Da achterste ook, maar wel negatief. Ik verwaarloos evt. andere effecten voor het gemak even(slipstream van de voorste vleugel).

De rolbeweging veroorzaakt zelf weer een invalshoekverkleining aan de stijgende vleugel, en een invalshoekvergroting aan de dalende vleugel. Hierdoor wordt de rolbeweging beperkt in zijn snelheid. Het effect treedt ook alleen op zolang de rolbeweging bezig is.

Een (negatief) haakeffect treedt alleen op bij (uitgeslagen) rolroeren. Niet bij een tweeasser zonder rolroeren.

Overigens treedt die vergroting van invalshoek alleen op bij een V-stelling ongelijk aan nul. Bij ontbreken van V-stelling gebeurt dat niet, bij een negatieve V-stelling rolt de kist de andere kant op ...

Ook schrijf je over het snelheidsverschil tussen beide vleugels tijdens het gieren. In theorie heb je gelijk. Alleen vraag ik me af hoe groot dat snelheids verschil is (ik verwacht 1 à 2 km/u), en ik denk dat dat verschil onvoldoende is om de rolbeweging te verklaren.
Bovendien is het snelheidsverschil alleen tijdens het gieren aanwezig, en niet tijdens het slippen wat erna volgt.

Tot slot het drukpunt op de romp. Wederom in theorie heb je gelijk, en feitelijk moet je niet over het drukpunt spreken maar over de druk momenten. Want de dikkere voorkant zal meer druk genereren, maar heeft een korte arm tov. de staartboom (die minder druk zal genereren maar met een anzienlijk langere arm). Waar het uiteindelijke rotatie punt komt te liggen? Ik durf dat niet te voorspellen.
Daarbij komt dat het kielvlak door het slippen een zijdelingse lift gaat genereren, en ik durf te stellen dat dat moment minimaal 10x zo groot is als die druk op de rompdelen.
De drukkracht op de romp is in mijn ogen dan ook geheel verwaarloosbaar.

Dirk.

 

Hans, hier zijn wij het fundamenteel oneens.
Een 2-asser rolt niet door de gierbeweging (wel iets, maar het is niet de hoofdoorzaak). Een 2-asser rolt doordat hij slipt. Een 2-asser heeft altijd een zekere V-stelling. Als je een vliegtuig met V-stelling slippend in een stroming zet wordt de invalshoek bij de naar voren komende vleugel groter. Pak maar eens een vliegtuig met fikse V-stelling en ga daar schuin van voren tegenaan kijken. Van de ene vleugel zie je de bovenkant, van de andere vleugel zie je de onderkant. Het verschil in invalshoek door de schuin aanstromende lucht zorgt voor een verschil in lift op beide vleugelhelften, en daardoor gaat het vliegtuig rollen. Dit effect is vele malen groter dan het snelheidsverschil tijdens de gierbeweging.

Om je te overtuigen: neem eens een zwever zonder enige V-stelling (een aerobatic zwever of zo) en geef tijdens de vlucht vol richtingroer. Je zult zien dat het vliegtuig wel giert maar zeer weinig rolt. De rol die wel ontstaat is door het door jou genoemde effect, maar verschil in invalshoek tussen beide vleugelhelften ontstaat niet, en daardoor rolt het vliegtuig maar heel weinig.

Hier ben ik het met Arjan eens. Als een 2-asser (die dus V-stelling heeft!) een sliphoek heeft, zal de vleugel met de grootste invalshoek het eerst overtrekken. En dat is de vleugel die naar voren wijst, niet de vleugel die in de schaduw van de romp ligt. (rolroeren worden hier helemaal buiten beschouwing gelaten, we hebben het over een 2-asser)

EDIT zelfde tijd als Dirk zitten schrijven. De strekking van onze verhalen zijn gelijk.