langsstabiliteit, v-stelling en zwaartepunt

Het heeft zoals je al veel eerder gesteld hebt niets met zwaartepunt te maken maar met de aerodynamische invloed van de romp op de vleugel.

Bij een hoogdekker zal bij slippen naar rechts de linker vleugel meer lift krijgen, erg simpel gezegd door de grotere druk onder de linker en lagere druk onder de rechter vleugel. Het effect is het zelfde als V-stelling. Een postief rol-giermoment.
Bij een laagdekker is het net andersom, daar zal als de vleugel vlak zou zijn, een rechts gieren leiden tot links rollen, dit is niet te vliegen.

Dit is tweede of 3e jaars vliegtuig(aero)dynamica, niet mijn eigen uitvinding.

Rick

 

Ik heb bij de discussie over grotere rolstabiliteit van en hoogdekker tov een laagdekker meermaals gevraagd naar argumenten die buiten het zwaartepuntverhaal om gaan maar nooit echt gekregen.
Dus ik ben erg nieuwsgierig naar dit verhaal.
Echter, tot nu kan ik me er niets bij voorstellen.

(Tevens komt dit ook niet overeen met mijn ervaringen met proefmodelletjes alhoewel ik direct toegeef dat die maar een indicatie kunnen geven ipv een bewijskracht hebben.)

Ik weet niet of je de moeite kunt nemen om een tekeningetje te maken of een site te geven waar dit nader expliciet gemaakt wordt?
Je schrijft:

Zou dat de rol juist niet versterken als dit zo is, of is hier een misverstand wat links en rechts is? (voor mij is rechts van bovenaf in de vliegrichting gezien en navenant de sliprichting naar rechts)
Verder:

Waar komt die grotere druk vandaan en waarom wisselt die van oorzaak tussen hoog- en laagdekker.?

 

Ter aanvulling, ik heb net maar weer eens een proefmodelletje gemaakt: 26cm span vlakke vleugel met een hoogdekkerrompje.
Voorlopige konstatering : vliegt rolstabiel als hoogdekker.
Daarna het stabilo verbogen naar een negatieve invalshoek en ''op zijn kop '' gevlogen (laagdekker met hoge romp dus)
Vliegt ogenschijnlijk nog iets meer stabiel, in ieder geval niet minder stabiel.
Ik kan helaas geen fototje plaatsen want mijn CF kaartlezer is er mee opgehouden.
Wel de modelletjes die ik gedemonstreerd heb voor het hoog/laag zwaartepuntverhaal:

Met name het middelste modelletje is zowel als hoogdekker en als laagdekker (op zijn kop) gevlogen met dezelfde bevindingen.
Binnen deze kontekst zegt dat dan ook iets over de veronderstelde aerodynamische invloed.
Als hier iets over het hoofd gezien wordt zal daar toch een verklaring voor moeten zijn.
Ofwel, waarom vind ik van de veronderstelde effecten niets terug bij deze eenvoudige proefmodelletjes?

 

Hallo Peter,
Lees dit er maar eens op na, hierin staat heel veel beschreven over dit thema.

http://www.flightlab.net/Flightlab.net/Download_Course_Notes_files/4_LateralDirectional#2BA14D.pdf

en dit:

http://www.b2streamlines.com/EffectiveDihedral.pdf

Ik wacht op je commentaar.

Rick

 

Hallo Peter,
In aanvulling van wat Rick NL je al heeft verteld, geef ik nog graag wat vroegere ervaring uit mijn Fokker tijd. We testten toen in de windtunnel de rolstabiliteit door bij een aantal standhoeken (==invalshoeken in de windtunnel) van het model een sliphoek variatie te doen. Je komt er dan achter wat de rolstabiliteit is. Naar ik me kan herinneren (het was niet mijn specialiteit en het is al bijna 20 jaar geleden) moet hij stabiel zijn in een groot bereik van invalshoeken en sliphoeken. We hadden wel rekenprogramma's om dat te voorspellen, maar omdat elk onderdeel van het vliegtuig meedoet in de rolstabiliteit, bleek dat niet eenvoudig.

 

Thnx Rick en Theo,
Laat ik beginnen dat ik totaal niet overtuigd ben door wat mij in de aangegeven links wordt voorgeschoteld.
Maar dit verdiend wel een beter antwoord en dat kost eventjes tijd, dus kom ik daar wel op terug als me dit even gegeven wordt.
Om het af te bakenen:
Ik ga direct mee dat wat Theo ook aangeeft de specifieke vorm van een vliegtuig en zaken als plaatsing vleugel, kielvlak (en eventueel een onderstel)een rol(letje) spelen bij rolstabiliteit, maar ik stel dat dat niet een dominante factor is.
In de mix van een groot vliegtuig kan dat nog best belangrijk worden maar nog steeds: als je moet vertrouwen op een mate van rolstabiliteit zal je toch aan een dominante faktor moeten denken.
Zoiets als V-stelling bijvoorbeeld: faktoren als een uithangend onderstel zijn dan nog maar minor faktoren in het hele spel en niet iets waarop je je stabiliteit kan baseren.
Ik stel dan maar als probleemstelling: is er sprake van rolstabiliteit bij een vlakke vleugel en heeft dat te maken, of in hoeverre heeft dat te maken met de plaatsing van de vleugel (hoog, laag, midden).
Voorlopig bestrijd ik dus dat de plaatsing van de vleugel dit voornamelijk beinvloed en zeker niet in een mate dat een hoogdekker wel en een laagdekker niet rolstabiel kan zijn.
Mijn stelling is dat de aantoonbare rolstabiliteit van een vlakke vleugel een andere oorzaak heeft en slechts in geringe mate beinvloed wordt door zaken als hoog/laagdekker.
Ik hoop morgen of overmorgen hierop gedegener terug te kunnen komen.

(Thomas97: volg je het nog een beetje?)

 

Peter pas op, want ik heb zo nog uren leesplezier voor je over dit thema.
Je kan de conclusies mbt de invloed van de romp op de effectieve V-stelling niet baseren op de testjes die jij gedaan hebt, in ieder geval niet de testjes met de modellen uit je plaatje.
Het gaat dan over een aerodynamische romp-vleugel interactie die bij een echte 'volle' romp wel aanwezig is maar bij een stick romp met een pylonnetje niet.
Ik heb nog geen 'leesbare' literatuur gevonden voor rechte vleugels maar al wel voor deltavleugels en vleugels met pijlstelling.
Lees eens:
http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1955/naca-report-1224.pdf
Als je het helemaal doorgelezen hebt hoef je de conclusie op pagina 425 # 3 niet eens te lezen.

Op een forum vraag waarom de Antonov An-124 negatieve V-stelling heeft schreef Mark Drela het volgende;

The main effect of dihedral is to give a roll moment
in response to a yaw angle (Cn_beta stability derivative).

On most aircraft, having Cn_beta close to zero (i.e. little or no
"dihedral effect") is desirable, since this makes the aircraft
more controllable on crosswind landings and takeoffs. Another
reason for having a near-zero Cn_beta is that a sudden yaw angle
from an engine failure should NOT produce a roll moment. This
would only complicate life for the scrambling pilot.

On the other hand, having zero Cn_beta makes the airplane spirally
unstable, but this is easily countered by the pilot or by any
rudimentary wing-leveling autopilot. Free-flight model aircraft
must have spiral stability, and hence always have large amounts
of dihedral.

On a low-winger, the flow around the fuselage at a yaw angle
acts on the wing which then generates a roll moment as though
the wing had negative dihedral (bad). Hence, positive dihedral
is added to compensate and return Cn_beta close to zero.
On a high-winger, the effect is opposite, and negative dihedral
is added to compensate.

Mark Drela First Law of Aviation:
MIT Aero & Astro "Takeoff is optional, landing is compulsory"

Hier een pagina uit:
https://courses.cit.cornell.edu/mae5070/DynamicEquations.pdf


Verder is van belang je te realiseren dat rol stabiliteit niet los te zien is van gier stabiliteit., Wanneer je bv de rolstabiliteit veandert zonder de gierstabiliteit aan te passen kan je weer onstabiele of ongedempte vliegsituaties krijgen. (Spiraalinstabiliteit vs Dutch Roll).

Ik ben benieuwd naar je bezwaren.

Rick

 

Nou daar komen ze dan.
Eerst; ik wil graag de stelling zo eenvoudig mogelijk houden dus door steeds voorbeelden in te voeren met pijlstelling en negatieve dihedral maakt dat ik me te veel, op zijwegen zou moeten begeven, dus een ding tegelijk.
De achtergrond; zoals je (Rick) wel weet heb ik mijn opvoeding hier aangaande in de vrijevlucht wereld genoten.
Daar is rolstabiliteit zo goed als synoniem met V-stelling.
Ik was dan ook behoorlijk verbaasd toen ik in het radio bestuur wereldje nogal wat modellen aantrof zonder V stelling.
Mijn eerste nul V-stelling model was een bewerking van de Snowboot: een in mijn ogen hopeloos model waar ik geen enkel vertrouwen in had (maar ja, Houtjesplakker zei dat het ok was dus toch maar geprobeerd), dat echter onwaarschijnlijk goed, en zeker ook rol-stabiel vliegt.

Hoe kan dit?

Zoals ik gewend ben, ben ik proefmodelletjes gaan maken.
De eerste veronderstelling , die je ook terug vind in de door jouw geleverde teksten is dat het kielvlak voor een positief rolmoment zorgt.
Dit blijkt dus (als relevante factor) onzin (en dat maakt de bedoelde teksten dus wat mij betreft dan ook verdacht)
Het proefmodelletje omgedraaid met het kielvlak naar beneden en de s-slag even omgedraaid had toch een significant verschil op moeten leveren: niets van dat alles.
Je kunt ook gewoon met de Snowboot rugvlucht vliegen en hij blijkt dan even rolstabiel.

Je hebt het over stickmodellen die daardoor niet vergelijkbaar zijn met volle romp vliegtuigen.
Dat zou betekenen dat als er hier gesteld wordt dat de interactie van de romp met slip de rolstabiliteit veroorzaakt, een stickmodel dus logischerwijs nu juist zou moeten falen.
Wat dan, als zelfs romploze modellen met een vlakke vleugel perfect rolstabiel zijn.(oa Wowings Booby en Skua)

Het tegenoverliggende proefje: hoge rompen als hoog en laagdekker gevlogen: allen rolstabiel.
(ik kan tijdelijk even geen foto's plaatsen)

Dit alles vraagt minstens om een verklaring denk ik, een verklaring die ik niet vind in de aangegeven teksten.

Mijn kritiek op de teksten:
Het meest to the point in je eerste link: Fligthlab is plaatje 9.
Dit plaatje komt in meer varianten over dit onderwerp voor en lijkt dus exemplarisch voor dit betoog.

Ik stel dat dit een zeer misleidende voorstelling van zaken aangaande de dwars-stroming geeft:
Het suggereert dat er bij side-slip een volledige dominante dwars-stroming staat van vleugeltip tot vleugeltip en de rest is kennelijk niet relevant.
Nu is ook bij side-slip de dominante luchtstroom vector nog altijd die in de vliegrichting.
Het plaatje is in dat opzicht dan ook heel raar en het verbaasd me dat dit kennelijk niemand opvalt.
Ik herken en erken dan ook niet dat fraaie luchtstroompje dat zo handig boven en onder naar keuze om de romp buigt en dan... ja wat dan eigenlijk?
Voor mij wordt er hier niets uitgelegd of aangetoond.
Lang niet zo'n mooi plaatje, maar mijns inziens wel wat adequater wat de invloedsfeer van de romp bij slip is:


Wat je kunt konkluderen is dat ruwweg het gebiedje a,b,c beïnvloed wordt door de verstoorde luchtstroom, afgebeeld als de lelijke golflijntjes: waar verdere verstoring over de spanwijdte vandaan zou moeten komen...?
Bij een laagdekker zal dit voornamelijk het bovenste stukje van de vleugel ter plaatse van a,b,c verstoren en bij een hoogdekker de onderkant.
In beide gevallen zal dit ''waarschijnlijk'' een verhoging van weerstand en een vermindering van lift geven maar dat is :a) beperkt, b) met maar een kleine machtsarm t.o.v. het zwaartepunt en c) geeft in beide gevallen een positief rolmoment.

Waar ik in mee kan gaan is dat er veel, afhankelijk van de geometrie van de romp, uithangend onderstel, uitstaande kleppen, grootte van het kielvlak, invloeden zijn op de rolstabiliteit, maar dat die niet relevant genoeg zijn om de duidelijke rolstabiliteit van een rechte vleugel te verklaren.(inderdaad met de beperking dat die wel minder direct is als van een v-stelling vleugel).

Ik denk wel een verklaring te hebben die ik echter nog niet ergens heb aangetroffen en heb die ook getoetst met een (gepensioneerd) aerodynamicus JS* (tevens gerenommeerd oud F1a/F1b vlieger )
Maar voordat ik mezelf voor verder schut ga zetten wacht ik nu eerst even commentaar af.


*JS is Johan Schulten

 

er is nog een effect dat van grote invloed wordt bij lage A/R, tot 4 of 5 of zo, en afhankelijk is van de sterkte en richting van de lift, dat ik zelf het best ken van experimenten met vliegers.
de bij slip vooruit stekende vleugeltip wordt een beetje neuslijst voor de vliegrichting, en het drukpunt schuift uit het midden een beetje naar die tip toe, wat een effectief v-stelling effect geeft (zoals bij vleugels met pijlstelling).

 

Het hele verhaaltje van langs- en rolstabiliteit kwam ik tegen toen ik dit model ontwierp.
Op de foto nog met de kleine kielvlakken. Hiermee bleek het onmogelijk om een bocht te maken. Zodra het model de bocht in ging viel hij weg en was niet meer te corrigeren. Na het vergroten van de kielvlakken was dat over. Het zijoppervlak voor het zwaartepunt was groter dan er achter. Dit zorgde voor de beschreven problemen.

 

LecraM is me voor!
Maar ik doel inderdaad op het door hem beschreven effect.
Wat ik stel is dat bij slip de aerodynamische koorde (in de stromingsrichting) verdraait en daarmee de plaats van het COL (centre of lift/aerodynamisch centrum).

In het tekeningetje wordt COL dus COLs(slip) die kantelt in de richting van de slip.
Hierdoor veranderd het koppel tov het zwaartepunt (z) met een koppelarm (a) op het tekeningetje.
Weliswaar is deze koppelarm klein maar de verplaatste kracht is de lift, gelijk aan de zwaartekracht, zodat het uiteindelijk wel een serieus koppel vormt.
Ik acht dit koppel verantwoordelijk voor de dwars-stabiliteit bij een vlakke vleugel.

Dit alles gaat er van uit dat de vleugel wel onder een positieve (lift) invalshoek wordt aangestroomd.
Dit is ook consistent met de observatie dat bij grotere slankheden/spanwijdte dit minder goed werkt: de spanwijdte heeft namelijk bij een gelijke sliphoek geen invloed op de arm (a) van het koppel, zodat met een gelijk koppel een grotere span gekorrigeerd moet worden.
Dit is ook consistent met de observatie dat dit sterker werkt bij plankvleugels (s-profiel vleugels):
bij dezen is het COL aanzienlijk verder naar voren op de koorde zodat bij een gelijke sliphoek de arm (a) ook direct groter zal zijn.

Wat pleit tegen deze stelling: ik ben dit nog niet in beschrijvingen van rolstabiliteit tegen gekomen zodat ik wat dat betreft denk op weinig support te kunnen rekenen.
@lecraM: je bent de eerste dit dit spontaan herkent: heb jij hier ergens wel een beschrijving van aangetroffen?
Kritiek ter toetsing welkom overigens.

 

Peter Den, nee geen beschrijving van gevonden direct, maar wel het effect van pijlstelling op effectieve v-stelling. overigens heb ik het wel bewust toegepast bij een testmodelletje met een grote doorgaande flap, en ik wilde op dat moment alles zo simpel mogelijk houden. om zonder v-stelling uit te komen koos ik een lage slankheid. overigens reken ik dit niet aan mezelf toe hoor een model dat hier gebruik van maakt welke ik al lang ken, is de fred-e welke zeer wendbaar schijnt te zijn.

 

Verschuiven van het COL (normaal aangeduid als ACw, Aerodynamic centre Wing) in spanwijdte richting gedeeld door de spanwijdte maal Lift is exact het rolmoment.
In de discussie spelen een aantal zaken door en langs elkaar heen.
Er zijn veel factoren die het rolmoment beïnvloeden. Er is er niet één die alles beschrijft. Als we de stabiliteit willen beschouwen is die verplaatsing van het ACw gedeeld door de spanwijdte een goede maat.
Het rolmoment wordt door gieren veroorzaakt en niet zoals plaatje in post 16 suggereerd door rolhoek, iets waar Dirk ons ook op wijst in post 17.
We noemen de rolmomentcoëfficiënt: Clß (C van coëfficiënt, l van de lengte-as waarom het moment gaat, en ß van de gierhoek ß).
We zagen dat Het moment door verschuiven van het ACw evenredig is met de lift, Dus als we Clß/CL nemen hebben we die relatieve verschuiving. Dit is dus het rolmoment/spanwijdte/lift per 1 radiaal gierhoek.

Waarom dit verhaaltje, omdat ik de volgende berekening tegenkwam voor die waarde uit NACA Report 1269 wat mooi aansluit op de bevindingen van Peter en LecraM, namelijk dat de slankheid van flinke invloed kan zijn, vooral als die laag is:



We zien hier voor een vleugel met constante koorde (lambda = 1) de momentcoëfficiënt/liftcoëfficiënt als functie van de slankheid (A) voor verscheidene pijlstellingshoeken van -45° via 0° tot +60°.
We zien dat alle coëfficiënten met kleiner wordende slankheid meer negatief worden (rolstabieler), een negatieve pijlstelling is slechts stabiel bij hele lage slankheden, een positieve pijlstelling maakt de vleugel rolstabieler.
Een rechte vleugel dus 0° is instabiel bij slankheden >15 wat hier buiten het plaatje valt maar uit de berekeningen blijkt, terwijl slankheden van <15 rolstabiel zijn. Clß/Cl = 0.05-0.75/A.
Dit is in lijn met de observaties van Peter en LecraM.

Wat ik eerder heb geschreven over invloed van bv de romp en V-stelling in post 27 blijft ook van belang. Hier een stukje uit Synthesis of Subsonic Airplane Design van Prof. Torenbeek.



Het plaatje van Peter uit post 28 is niet erg relevant want de stabiliteitsaspekten spelen bij sliphoeken waarbij iha nog lang geen loslating over de romp optreed.

Het totaal van stabiliteit in asymmetrische vlucht wordt ook sterk bepaald door het kielvlak oppervlak en arm.
Veel effectieve V-stelling en weinig kielvlak geeft Dutch Roll.
Weinig effectieve V-stelling en veel kielvlak geeft spiraalinstabiliteit.

Veel vrije vlucht modellen zitten dicht tegen de Dutch Roll aan, terwijl sommige helling ragbakken zoals mijn Pace VX bij langzaam vliegen eerder spiraalinstabiliteit kennen, maar wel goed 'tracken' op snelheid.


Rick

 

Thnx Rick, een fraaie verdieping van mijn betoog denk ik.
Het blijkt dus wel degelijk een bekend fenomeen te zijn alleen niet zo wijd verbreid geadverteerd.
De invloed van slankheid hierop is hiermee voor mij dan ook sterker duidelijk geworden.
In het algemeen ben ik het zeker met je eens dat er meer factoren een rol spelen, met name de interactie met het kielvlak, maar dan niet in de zin dat het kielvlak zelf een substantieel rolkoppel levert.
Mijn inbreng hier was om te laten zien dat er sprake van een zekere mate van rolstabiliserende werking ook bij een niet v-stelling vleugel kan zijn en wat daar mijns inziens de hoofdfactor bij is.

Ik blijf er wel bij dat die romp-invloeden in de verhaaltjes niet substantieel zijn en in dat licht wilde ik toch graag het vooraanzicht plaatje met de komplete dwarsstroom-sugestie door de mand laten vallen.
Vandaar ook mijn overdreven plaatje posting 28: als een romp zo erg zou draggen bij een sideslip moet je wel eens wat aan de stroomlijn gaan doen.
Nette discussie trouwens en (zelfs) ik heb weer eens wat geleerd.

 

Ook ik heb nieuwe aspekten ontdekt door dit draadje, dank,

Rick

 

He jongens, leuk verhaal. Ik zit met het volgende: ik wil een 1 m dlg maken met een fixed wing, geen ailerons. Tegelijkertijd wil ik wel kunnen rollen, beperkte acrobatiek. En het moet er stoer uitzien, en dat doet een dlg van 1 meter met twee keer 10 graden v-stelling (elf bijvoorbeeld, of Mimi in twee stappen) nou eenmaal niet.

Dus ik dacht, weinig v-stelling, en dan een niet te kleine taileron, maar dan wel full flying. Heb ik ook geen roer nodig, gewoon rollen en pull up. (Bank and Yank).

Is ook makkelijk vliegen.

Nu zegt iedereen dat dit niet kan, maar ..... Als rollstabiliteit 0 is,moet ik dat ding toch om krijgen met een taileron?

P.s. die negatieve tip verdraaiing zou dus helpen om ook met een roer en weinig v-stelling de bocht om te komen?

 

Je zult met die taileron wel een rolbeweging krijgen, maar veeeeel te traag.
Als het eenmaal rolt, gaat de dalende vleugel tegenwerken (door de toegenomen invalshoek), tevens neemt de effectiviteit van je taileron af, omdat daar de invalshoek is afgenomen door de beginnende rolbeweging.
Tel daar nog bij op het veel grotere oppervlak van de vleugel tov. taileron, en de grotere arm (spanwijdte) ...
Tot slot: als je een vleugel hebt met V-stelling, en de kist is wat gerold, dan gaat hij opzij schuiven. Ook dat gaat de rol tegenwerken (ook omdat de invalshoek aan de dalende vleugel toeneemt, en de boel weer omhoog trekt).

Enne ... zelf voor "beperkte acrobatiek" heb je meer besturing nodig dan voor gewoon vliegen.

Kijk eens naar de verhoudingen tussen vleugel en taileron: spanwijdte en oppervlak! en vergelijk dat eens met een DLG (zelfs als je het stabilo 4x zo groot maakt, 2x span, 2x koorde).

 

Rolstabiliteit die samenhangt met V-stelling is een maat voor de langzame rolbeweging. Met name of een model na een rolhoek van zelf weer terug komt in neutraal, dwz rechtuit.
Die beweging kan stabiel zijn, of onstabiel, dan kun je spiraal vliegen krijgen bij een te groot kielvlak (icm kleine V-stelling) of Dutch Roll, een langzame slingering om de topas.

Wat voor het rol-sturen van belang is, is de snelle slingering om de rolas en die wordt voornamelijk door de spanwijdte en koordeverdeling bepaald.
En voor taileron sturing de verhouding van deze aspecten voor staart en vleugel.
Zie daarvoor ook bovenstaande uitleg van Dirk.

Rick

 

Betogen van Dirk en Rick: exact (ik wist wel dat ik op jullie kon rekenen)
@I shems, een klein proefje: leg eens die mooie kist uit je avatar op zijn kop, met de romp zo ondersteund dat hij kan schommelen om de langsas.
Duw dan eens op een plek halverwege de ailerons en initieer een rolbeweging.
Doe dan hetzelfde bij het stabilo of nog erger bij het kielvlak en: ''feel the force Luke Skywalker''

Wat je ontwerpvraag betreft : dat zal ik in je andere draadje aankaarten.

 

>>ik wil een 1 m dlg maken met een fixed wing, geen ailerons. Tegelijkertijd wil ik wel kunnen rollen, beperkte acrobatiek.<<
Misschien moet je eens naar het omgekeerde kijken: pitcheron besturing. De vleugels kunnen dan draaien om hun CG-as, je hebt géén hoogteroer meer nodig en eventueel geen richtingsroer (zoals op een hotliner), en je hebt wél een heel directe besturing.
Probleem zou kunnen zijn dat een DLG een erg sterke centrale constructie nodig heeft om een goede zwiep te overleven, en dat is een beetje tegengesteld belang van de pitcheron-constructie...
Zie ook de Dread van Decker Planes: http://www.decker-planes.de/index.p...roduct_id=36&option=com_virtuemart&Itemid=276