Zwaartepunt en instelhoekverschil en de duikproef.

Nogal eens komen het instelhoekverschil en zwaartepunt bepalen aan de orde. Daarbij wordt (ook door mij) vaak de duikproef aangehaald. In onderstaand verhaal wil ik het hoe en waarom een beetje duidelijk maken.

Vooraf nog even het Reynoldsgetal. Je rekent die als volgt uit:

Re = V x K x 70
​

V = vliegsnelheid in m/s
K = koorde in mm

Een tapse vleugel vliegt dus op iedere plek met een ander Reynoldsgetal, want overal een andere koorde. Het Reynoldsgetal wordt ook wel de aerodynamische koorde genoemd. Snelheidsverandering geeft nl. het zelfde effect als koordeverandering. Een profiel werkt efficienter bij een groter Reynoldsgetal. Dat is overigens geen lineair proces.

De duikproef uitvoeren: Je hebt een (nieuwe) kist. Je hebt handstartjes gedaan, en hij hangt in de lucht en is vliegbaar. Je gaat nu hoger vliegen, en vervolgens doe je de duikproef.
Je vliegt stabiel horizontaal (dwz. voor een horizontale vlucht getrimd zonder hoogte te hoeven geven, bij voorkeur dwars op je zichtveld) minstens 100 m hoog. Je geeft zoveel down dat de kist ongeveer 45 graden duikt. Dit houdt je aan tot de snelheid pakweg 2x zo groot is als de basissnelheid. Dan laat je de hoogteroerknuppel los en je kijkt wat de kist doet. Einde duikproef.




Na het loslaten van de hoogteroerknuppel zijn 3 scenario's mogelijk:

1. de kist gaat weer met de neus omhoog. Dit kan geleidelijk of heftig gebeuren (A of D in het schema),
2. de kist blijft in een rechte lijn doorduiken (B in het schema),
3. de kist gaat nog dieper duiken (dit lijkt tegenstrijdig, stop met down, en hij gaat nog meer down) (C in het schema).

De natuurkundige achtergrond: Je hebt de kist ingesteld met een bepaald instelhoekverschil en zwaartepunt. Dat kan volgens opgave van de fabrikant zijn, maar de exacte hoek kan best groter of kleiner zijn uitgevallen. 1/10-de graad maakt uit! Hoe nauwkeurig heeft de fabrikant getekend en/of gemeten? Hoe nauwkeurig heb je gebouwd? ...

Situatie-1 (A): stel het zwaartepunt ligt te ver naar voren. Omdat de kist toch redelijk vliegt geeft het stabilo kennelijk voldoende extra down-lift om dat extra gewicht voor te compenseren.
Nu ga je opeens 2x zo hard vliegen. Het Reynolds getal wordt 2x zo groot, de profielen gaan (veel) beter presteren. Omdat de koorde van stabilo eigenlijk altijd veel kleiner is dan die van de vleugel, is het Reynoldsgetal bij het stabilo vrijwel altijd veel kritischer. Een 2x zo groot Reynoldsgetal kan in zo'n geval wel voor 50% 75% meer efficiëntie zorgen.
Je vloog al met meer dan gewenste downlift (=up) aan het stabilo, dat wordt nu opeens 50% 75% meer. Gevolg, je kist speert met zijn neus omhoog, of schiet mogelijk zelfs in een looping ...

Situatie-3 (C): eigenlijk gebeurt hier precies hetzelfde als in situatie-1, alleen het uitgangspunt is anders. Je vliegt horizontaal met het zwaartepunt teveel naar achteren, het stabilo kompenseert dit met een beetje lift. Ook nu gaat het stabilo door duiken/snelheidsverhoging 50% 75% efficienter werken, dus meer lift van het stabilo, dus een nog steilere duik.

Situatie-2 (B): Hier zit je qua efficientie optimaal. Eigenlijk levert het stabilo nooit lift, niet bij hoge, niet bij lage snelheid. En aangezien lift leveren energie kost, vlieg je op deze wijze het meest efficient.

Maar ... er is een keerzijde. Als jouw kist door een windvlaag/turbulentie van hoe verandert (neus omlaag of juist omhaaog) zal het stabilo dat niet corrigeren. Hij begint dus te duiken resp. snelheid te verliezen tot er iemand ingrijpt (of hij overtrekt). Elke standverandering moet jij dus middels sturen corrigeren. Da's knap lastig. We noemen het vliegtuig dus indifferent.

De ideale situatie (D): ligt dus in een iets voorlijk zwaartepunt.
Wordt hij omhoog verstoord, dan zal hij wat snelheid verliezen, het stabilo gaat wat minder efficient werken, het voorlijk zwaartepunt neemt de macht over en trekt de neus weer naar beneden.
Wordt hij down verstoord dan gaat hij wat harder vliegen, het stabilo wordt wat efficienter, de downlift aldaar iets groter, en hij gooit zijn neus weer omhoog ... tot de snelheid weer normaal is en het evenwicht hersteld.
Dit gedrag noemen we auto-corrigerend.

Wat is nou voldoende zelf-correctie? Allereerst is er een persoonlijke voorkeur. De een vliegt liever met wat meer auto-correctie, de ander vliegt bijna indefferent. Maar als leidraad kun je aannemen dat de kist uit de duikproef behoorlijk geleidelijk moet herstellen. Eigenlijk zou hij zonder enige stuurcorrectie in 3-4 golfbewegingen uit zichzelf weer in een vlakke vlucht moeten overgaan. Probleem is vaak dat de daarvoor benodige afstand erg/te groot is. Laten we zeggen dat een 2 meter kist minstens 100 m nodig heeft voor de eerste golf, en zware 4 m zwever al gauw 200-300 m.

Goed. Je hebt nu mbv. de duikproef je kist behoorlijk efficient getrimd, en zw-punt bepaald. Nu kun je nog verder met fijnregelen. Je praat nu over max 3 mm zw-punt verschuiven op een 3m kist. En ook geldt het volgende niet voor iedere kist.

Als het zw-punt te ver naar voor ligt, hebben veel kisten de neiging om bij (thermiek)cirkelen de bocht in te duiken. En andersom, igv. zw-punt te ver naar achter, willen ze de bocht uit.

Hier kun je dus ook nog wat mee fijnregelen. Maar hier geldt nog sterker je eigen smaak qua vliegstijl en gedrag van de kist.

Qua efficientie praat je over 1-2% verbetering/verslechtering. Iets wat alleen telt als je aan wedstrijden doet.

Gr. Dirk.

 

Dirk,

Ik mis het verband met het instelhoekverschil?
Als het instelhoekverschil te groot is, blijft een toestel in mijn ervaring klimmen na de duikproef, ook al licht het zwaartepunt al extreem achterlijk.
Snel testje is het vliegen in rugvlucht. Is het toestel met max 1/2 down op hoogte te houden dan is het instelhoekverschil en het zwaartepunt wel redelijk, hoe minder down, hoe beter. (Met een dragend zweefprofiel zal enig down natuurlijk altijd noodzakelijk blijven).

Groet,
Gerben

 

Welicht was het instelhoekverschil niet geheel duidelijk, maar in wezen niet noodzakelijk voor het uitvoeren van de duikproef. Probleem is ook dat de verklaring vooral komt uit de aanvals-/aanstromingshoek van het stabilo, en die heeft geen directe relatie met instelhoeken en instelhoekverschil. Die aanstromingshoek komt voort uit de grootte van de downwash vanaf de hoofdvleugel en de instelhoek van het stabilo

Definitie:
- instelhoekverschil = instelhoek vleugel - instelhoek stabilo
- positieve instelhoek : profielneus ligt hoger dan achterlijst
Dus bijvoorbeeld een normaal voorkomend instelhoekverschil:
- instelhoek vleugel = 4,0 gr
- instelhoek stabilo = 2,5 gr
- instelhoekverschil = 1,5 gr (positief!!)

Down-lift aan het stabilo betekent dat de aanstroomhoek van het stabilo negatief is. De neus is lager dan de eindlijst (tov. de aanstromende lucht). Het stabilo levert lift naar beneden. Over het algemeen treed dit op bij een 'groot' instelhoekverschil (>2gr).
Normale lift aan het stabilo (naar boven gerichte) = betekent dat de aanstroomhoek van het stabilo positief is. De neus is hoger dan de eindlijst. Het stabilo levert lift naar boven. Over het algemeen treed dit op bij een 'klein' instelhoekverschil (<<1gr) of zelfs negatief instelhoekverschil.
nul-lift aan het stabilo hoeft niet gelijk te zijn aan instelhoekverschil = 0! Vaak zal het instelhoekverschil in de buurt van 1 gr liggen.

Twee andere indicaties dat je flink in de buurt van het optimale instelhoekverschil zit, en die ik nog niet genoemd had (Gerben noemt er al een):
- het vliegtuig reageert heel direct op hoogteroeruitslagen. Vaak kun (moet) je de uitslag flink reduceren (kwart of helft minder). Dit geldt vreemd genoeg ook voor rolroer uitslagen. Waarom weet ik niet.
- op z'n kop vliegen lukt zonder of met heel weinig down geven.

Hieronder een voorbeeld mbv. FLZ-Vortex:
Een typische 2m kist.
Instelhoek van beide vleugels is 0 gr.
Instelhoekverschil is dus ook 0 gr.
De kist is berekend op Cl=0,6 (aanvalshoek komt uit op 3,6 gr.).

Afbeelding-1: een overzicht


Afbeelding-2: zij-aanzicht. Goed te zien is dat het stabilo met bijna 0 gr wordt aangestroomd door de (down-wash) lucht afkomstig van de hoofdvleugel. Terwijl beiden met 3,6 gr door de lucht bewegen.


Afbeelding-3: leuk detail. Zie de tip wervel. Maar ook aan het stabilo zie je een tipwervel aan de bovenkant! Dat betekent dat het stabilo in dit geval kennelijk nog positieve lift levert. Dus een te grote instelhoek heeft.


Gr. Dirk.

 

Dirk,
Wat in je verhaal naar mijn idee niet erg nadrukkelijk (genoeg) naar voren komt is de noodzaak tot trimmen vóór de duikproef. Het staat wel links boven op je plaatje maar die tekst zou vetgedrukt in het rood moeten staan

Als je de kist niet eerst netjes trimt voor een lage vliegsnelheid zegt de duikproef helemaal niks. Voor jou en de ervaren mensen is dit overbodige info maar ik heb het heel vaak gezien dat deze eerste stap wordt overgeslagen. Net als de noodzaak na iedere verandering aan het zwaartepunt de tijd nemen om opnieuw te trimmen.

Dat brengt me op een ander praktisch punt; als je een zwever zonder aanpassingen aan het zwaartepunt makkelijk sneller wilt laten vliegen heb je twee opties:
1. hem zo uitbalanceren dat hij indifferent is; dan kun je met een beetje down de snelheid opvoeren en vervolgens alles weer neutraal zetten, de kist zal dan gewoon met hogere snelheid door blijven vliegen;
2. Het zwaartepunt iets verder naar voren leggen en een paar klikjes up trimmen; voor "speed" kun je dan nog wat klikjes down geven zonder dat hij negatief stabiel wordt.

 

Dat was wat ik bedoelde met "Je vliegt stabiel horizontaal", maar wellicht is dat niet voldoende duidelijk. Nu aangepast.

Vwb. jouw adviezen om hem snel te maken: helemaal mee eens.
Mijn persoonlijke voorkeur gaat uit naar "1", maar zoals het er staat: het is een persoonlijke voorkeur.

Dirk.

 

Dirk, hier ga je te kort door de bocht.
Conclusie 1 (stabilo levert positieve lift) is juist.
Conclusie 2 (instelhoek is te groot) is niet per definitie juist! Bij wat grotere invalshoeken levert ook het stabilo lift. Het zou niet echt lekker zijn als bij een invalshoek van 10 graden (wat veel vliegtuigen wel kunnen hebben) het stabilo geen lift zou mogen leveren. Stel dat het instelhoekverschil 2 graden bedraagt, dan nog heeft het stabilo een invalshoek van 8 graden (geinduceerde effecten van de vleugel even achterwege latend).

Wat belangrijk is voor de stabiliteit is de mate waarin de lift verandert bij een invalshoekverandering. Ik zal proberen dat te onderbouwen.
Stel: het vliegtuig vliegt gewoon lekker rond, CL van de vleugel is 0,6. Bij een instelhoekverschil van 2 graden heeft het stabilo nu een CL van ca 0,4 (kan anders zijn, maar ik neem even willekeurige waardes, het gaat me om het verschil in CL).
Nu neemt de invalshoek door een verstoring (tijdelijke stuurinput, turbulentie etc) met 2 graden toe. De CL van een draagvlak neemt altijd met ongeveer 0,1/graad toe, die waarde is een goede benadering voor verreweg de meeste profielen. De CL van de vleugel gaat dus van 0,6 naar 0,8, een toename van 33%. De CL van het stabilo gaat van 0,4 naar 0,6, een toename van 50%. De lift op het stabilo neemt dus relatief meer toe dan de lift van de vleugel. Dit zorgt ervoor dat de staart omhoog wil komen om de invalshoek weer te verkleinen naar de evenwichtspositie (invalshoek waarbij CL vleugel = 0,6). Andersom werkt de redenatie ook.

De clou is dat de CL van het stabilo kleiner is dan die van de vleugel. Daardoor is de verhouding waarmee de lift verandert bij invalshoekverstoring op de vleugel en stabilo anders, waardoor het vliegtuig terug wil naar de oorspronkelijke toestand.
Door nu het verschil in CL tussen vleugel en stabilo te vergroten (instelhoekverschil vergroten) wordt de neiging tot terugkeren naar de oorspronkelijke invalshoek groter. Door het verkleinen van het verschil wordt de neiging terug te keren kleiner, of kan zelfs worden omgekeerd (vliegtuig wordt onstabiel op neusstand).

 

Raymond,

Je hebt gelijk. Ik heb het ook wat ongelukkig geformuleerd. Ik bedoelde dat voor die specifieke vliegstand het stabilo nog net een te grote instelhoek heeft.

Nieuw voor mij is de redenering die jij geeft als verklaring:
De procentuele verandering van lift agv. een verandering in vliegstand van het hele vliegtuig moet bij het stabilo groter zijn dan bij de hoofdvleugel.
Alleen dan krijg je een convergerende stabiliserende werking van het stabilo.

Maar ik kan er geen speld tussen krijgen (is ook niet de bedoeling). Het komt volkomen logisch op mij over. Weer wat geleerd.

Gr. Dirk.

 

Waarom dan? Omdat hij positieve lift levert? Dat is toch juist prachtig? Beter dan negatieve lift. In het voorbeeld dat ik hiervoor heb omschreven levert het stabilo ook positieve lift, en toch heb je positieve stabiliteit. Het is niet waar dat het stabilo altijd maar 0 lift moet leveren voor een efficient vliegtuig. Bij lage snelheden (dus hoge invalshoeken) levert een stabilo vrijwel altijd lift. De instelhoeken van vleugel en stabilo moeten op elkaar afgestemd zijn, daar gaat dit verhaal over. Niet dat het stabilo altijd maar 0 lift zou moeten leveren.

Dat is nu net de bedoeling van dit subforum. Het werkt!

 

Ik kan me herinnerren dat jij ooit eens geroepen hebt dat aerodynamica zo leuk is omdat het zo complex is en alles met elkaar samenhangt en elkaar beïnvloed. En ik ben het met je eens, maar toch ... soms .... :bad-words:

Ik ging uit van de niet gestuurd vliegstand. Handjes af van de zender, de kist zelf laten gaan. Voor die situatie is mijn streven: stabilo doet niets.
Of daar echt het wis- en natuurkundig optimum ligt ... waarschijnlijk niet. Maar het ligt er in ieder geval vlak bij. Bovendien wat is het optimum? min sink, max L/D, ...
En echt het echte optimum berekenen ... we praten over verbeteringen van waarschijnlijk minder dan 1%. Zo goed kan ik niet bouwen.

En verder, heb je natuurlijk weer helemaal gelijk.

Dirk.

 

Ik heb deze uiteenzetting tot dusver gemist... maar nu ingehaald.

Wat ik jammer vind, is dat je bij de uitleg van de duiktest de Reynoldsgetallen betrekt. Volgens mij hoeft dat niet per sé... en verlies je op die manier mogelijk een deel van je gehoor.
Je zou kunnen volstaan met te zeggen dat een toestel met een voorlijk zwaartepunt, uitgetrimd zal vliegen met het hoogteroer enigzins omhoog. Door de duikproef, waarbij je met dubbele snelheid vliegt en het effect van die uitslag dus sterker, wordt dit opeens zichtbaar. En het omgekeerde natuurlijk voor een achterlijk zwaartepunt.

Vanwege mijn achtergrond met vrije vluchtmodellen, had ik een tijdje terug enige moeite om me de logica van de duikproef eigen te maken. (Voor mij betekende pompen simpelweg een achterlijk zwaartepunt; en duiken een voorlijk... en nu werd het opeens andersom...) Maar nu ik 'm snap vind ik wel dat je, als je 't uitlegt, de overbodige franje zo veel mogelijk weg moet laten...

 

zwaartepunt

Handig om je toestel te evalueren op juiste zwaartepunt-afstelling.
Aandachtig observeren hoe je toestel in de bocht gaat.
Een kopzwaar toestel heeft de nijging om in de bocht te duiken en een staartzwaar toestel nijgt eerder uit de bocht.
Verweg de eenvoudigste manier om je toestel te checken (fijnafstelling).

Vroeger eens gelezen in een Duits modelbouwtijdschrift.

Dus, kenmerkend voor een goed afgesteld toestel is de wijze waarop hij reageert op een richtingsroeruitslag.
Reageert hij te fel of nijgt hij in de bocht te vrillen, haal lood uit de neus.
Reageert hij averechts en nijgt hij over te trekken, dan doe je er best wat bij.

Het is wel allemaal mm werk, zeker bij toestellen met een stabcoëf van onder de 0.4

 

aurectar: o.a. exact dat bepaalt de stabiliteit van een 1 lijn vlieger, en dat ie "weet wat boven" is. (1lijners vliegen staartlastig, en de trekkracht door het touw op het drukpunt (voor het zwaartepunt dus) zorgt dat ie daarbij niet overtrekt.)
breng het zwaartepunt te dichtbij of voor het drukpunt (of vice versa), en de vlieger duikt zijwaarts ter aarde.

 

Hoi,

Wat zijn '1lijners' nou weer?
Ik vlieg radiobestuurd, dus hooguit heel kort aan een lijntje.
het begrip 'oneliner' ken ik wel, maar dat is iets heeeeeel anders.

Dirk.

 

1lijner: een onbestuurde zeer lichte eigenstabiele kist, die nooit van de startlijn af gaat (als het goed is). en waar ook de nederlandse oer-vlieger onder valt.

sommigen, zoals mijn zero 1.1, en bijv. ook genki's zijn uitmuntende thermiekzwevers.
http://reviewfix.com/wp-content/uploads/2010/08/Kite_Genki_DoPeRo_Fotodrachen.de_.jpg die rechtsboven is een soort extended genki.
die beide vliegers reageren zeer goed op thermiek.

 

Ralf Decker

Het gaat hier wel degelijk over het afstellen van RC zweefvliegtuigen.
Ik heb deze theorie ergens uit een Duits modelbouwtijdschrift kunnen distileren.
Het betrof een interview van Ralf Decker.
In Duitsland zo een beetje de grondlegger van het F3b technologie.
http://www.mh-aerotools.de/airfoils/f3b_models.htm
Dus, niet de eerste de beste, begrijp je.

 

ja ik weet heel goed wie die beste man is, ik ben geen noob..
snap jij dat met een 1lijner hetzelfde gebeurd? zwaartepunt naar voren = draait graag/duikt,
zwaartepunt naar achteren = blijft rechtop/wil niet draaien?

overigens wil ik er aan toe voegen dat als je het zwaartepunt niet wil verschuiven omdat pitch al goed is,
je de laterale oppervlakte verdeling en daarmee het laterale drukpunt kunt verschuiven;
groter kielvlak = lateraal drukpunt naar achteren ~ zwaartepunt relatief naar voren, en kist gaat steeds meer de bocht in. veel kleiner (vrije vlucht) kielvlak en de kist gaat weer uit de bocht.

 

core-business

Ergens heb je wel een punt.
Maar laat het ons toch een beetje overzichtelijk houden.
Er zullen wel parralellen zijn tussen 1lijners en RC zweefvliegtuigen maar laten we het toch bij onze core-business houden.
Straks komt er nog iemand met zeilschepen op de proppen.

Nu, ja, Sir Francis Chichester, grootste zeiler aller tijden was ook een top vliegenier.

 

Tja, hoe zou iemand nou toch kunnen verzinnen dat zeilen ook maar iets met aerodynamica te maken heeft..........

 

Motordomping?

Interessante discussie maar ik snap er nog niet alles van. Want hoe zit het b.v. met de invloed van motordomping? Werkt de duikproef ook als je een verkeerde motordomping hebt, gecorrigeerd met het hoogteroer? Ik vraag dit omdat ik een zelf-ombouw MP Fox heb met onbekende motordomping (op het oog staat de motor "recht", maar de romp is wat banaanvorming, dus "recht" is hier een lastig begrip). De kist is door de ombouw meer dan twee keer zo zwaar geworden maar de vleugels zijn gelijk gebleven. Het originele zwaartepunt lag volgens mij op 44mm. Is het nu zo dat dit het ideale zwaartepunt blijft, dus ook na de ombouw aangehouden zou moeten worden?

Bedankt,
Martin

 

Het juiste zwaartepunt zal niet met het gewicht veranderen, gewoon op dezelfde plaats houden.

Een verkeerde motordomping corrigeer je evt met een mixer op het hoogteroer, niet met trimmen. Als je een onjuiste domping wegwerkt met een mixer op hoog zal de hoeveelheid motorvermogen die op staat invloed hebben op de duikproef. Als het hoogteroer ver omhoog of omlaag getrimd staat duidt dit eerder op een onjuist zwaartepunt / instelhoekverschil en dat kan je met een duikproef wel beoordelen.