Drukpunt en Zwaartepunt

Een groot instelhoekverschil i.c.m. een voorlijk zwaartepunt maakt een vliegtuig erg snelheidsstabiel. Dat zie je terug in het sleepgedrag van de SG-38. Een beetje snel slepen zorgt ervoor dat de SG-38 zijn neus erg optrekt (om weer naar zijn uitgetrimde snelheid terug te keren). Het verkleinen van het instelhoekverschil (en daarbij het wat naar achteren halen van het zwaartepunt) zal die neiging zeker verkleinen. Het toestel zal daarmee wat minder snelheidsstabiel worden. Het is de vraag of dat prettig is. Bij zo'n oude kist met draden en zo wil je niet dat hij te snel gaat vliegen, want de weerstand neemt dan enorm toe. Het kan dus zijn dat bij het verkleinen van de stabiliteit het vliegtuig relatief meer tijd sneller vliegt en dus sneller beneden is. Ik zeg niet dat het zo is, maar filosofeer even wat....
4,8 graden is wel heel erg veel, ik zou proberen het instelhoekverschil te verkleinen tot onder de 4 graden.

 

Ik ben het met fotor eens (wanneer eens niet? ).

4,8 graden is erg veel. Ik zou ook naar minder sreven.
Maar die open rompconstructie en de spandraden kunnen een hoop weerstand veroorzaken.
Realiseer je dat de weerstand oploopt met het kwadraat van de snelheid, dus op enig moment zal de weerstandstoename groter worden dan de efficientieverbetering door het kleinere instelhoekverschil.



Ik zou als volgt te werk gaan:

• stap-voor-stap toevoegen van stukjes lood op de staart/einde staartboom zodat het zwaartepunt elke keer zo'n 5 mm naar achteren kruipt.
• Na iedere aanpassing van zwaartepunt vliegen. Duiktest (gematigd) en goed kijken naar de daalsnelheid.
• net zolang doorgaan tot je merkt dat de vliegduur afneemt (daalsnelheid neemt dus toe), en dan dus weer een of 2 stapjes terug.

Dit is een proces dat je waarschijnlijk niet in 1-2 vliegdagen kunt afronden. Zeker als je eenmaal in de buurt van het optimum komt zul je meerder vluchten nodig hebben om goed door te hebben wat er nu precies is veranderd.

Succes,
Dirk.

 

• 
  
  Ik neem aan dat je bedoelt in de neus, zwaartepunt naar voren....? Ik moet nu heel erg veel down trimmen namelijk.
  Wat jij voorstelt kan wel maar dan zal eerst het instelhoekvershil fors kleiner moeten worden.
  
  En dat was de vraag; instelhoekverschil verkleinen of zwaartepunt naar voor verschuiven?

 

Svp in deze discussie niet vergeten dat wij hier praten over een vleugelprofiel met een welving van om en nabij de 7 % .....................
Arjan heeft geen HQ3/15 aan boord

 

Inderdaad, maar de vuistregel "welving = ± instelhoekverschil" gaat bij dat soort 'extreme' welvingen niet meer op. 3 à 3,5 graden lijkt me een reëlere waarde.

Dirk.

 

Bouwcollega’s,
Na jaren afwezigheid ben ik weer begonnen met het bouwen van een zweefkist. Momenteel ben ik bezig met het bouwen van een F5J toestel (tenminste ik denk dat het nu zo heet).
Hoewel ik vroeger gewoon de toestellen bouwde, wil ik nu meer van de aerodynamische achtergronden weten: waarom zit dat ding in elkaar zoals hij in elkaar zit? Ik zit met een paar vragen, maar ik stel eerst mijn eerste vraag en hopelijk is er iemand die mij hierbij kan helpen.

Bij stabiliteitsonderzoek kom ik drie punten tegen:
- Het zwaartepunt
- Het drukpunt
- Het aerodynamische drukpunt (het rekenpunt, aerodynamic centre).

Je kan nu het zwaartepunt voor- of achter het “aerodynamic centre” leggen. In beide gevallen kan het stabilo voor de stabiliteit zorgen.

Mijn vraag is nu:
Als ik het zwaartepunt voor het aerodynamic centre leg, moet het stabilo een positief moment gaan leveren, d.w.z. een kracht omlaag.
Moet ik dan het profiel van de stabilo op zijn kop maken? (d.w.z. de convexe kant naar beneden).

Wie helpt mij uit mijn verwarring?
Alvast mijn dank.
Nanni

 

Beter laat dan nooit, maar hier gaan we dan.

Ik veronderstel even:
- zwaartepunt = centre of gravity
- drukpunt = centre of pressure
- aerodynamisch drukpunt = aerodynamic centre

Het centre of pressure en het aerodynamic centre hebben betrekking op de vleugel van een vliegtuig, en komen uit twee verschillende (maar equivalente) manieren van het beschrijven van de krachten op een vleugel.

De beschrijving met het centre of pressure maakt de zaken (voor mij toch) onnodig ingewikkeld, omdat het centre of pressure heen en weer verschuift bij het veranderen van de invalshoek (angle of attack) van de vleugel, en zelfs achter de vleugel kan liggen.

De beschrijving met het aerodynamic centre maakt de zaken simpeler, omdat het aerodynamic centre ligt op 25% van de mean aerodynamic chord (gemiddelde aerodynamische koorde). Voor een rechthoekig paar vleugels is dat gewoon in het midden (waar de romp gewoonlijk zit) en op 25% van de vleugelkoorde achter de neus van de vleugel.

In die laatste beschrijving kan je de aerodynamische krachten op de vleugel beschrijven door de lift, de drag (weerstand) en het nose-down pitching moment die allemaal aangrijpen op dat aerodynamisch centre. Dat moment (heet ook moment in het Nederlands) is een 'wringende' kracht die de neus van een vleugel naar beneden tracht te drukken. Ruwweg, hoe groter de welving van de vleugel, hoe groter het nose-down pitching moment. Symmetrisch profiel: geen pitching moment.

De meeste vliegtuigen hebben naast een vleugel ook nog een romp, een staart, landingsstel, waar overal aerodynamische krachten op werken. Zoals het aerodynamic centre een 'gemiddelde' is van de vleugel waarop 'alle' aerodynamische krachten werken, zo is het neutral point het gemiddelde van het hele toestel.

Het stabilo zorgt niet zomaar voor stabiliteit. Het stabilo moet zorgen voor een nose-up pitching moment. Dat moment grijpt aan in het neutral point, en compenseert precies het nose-down pitching moment van de vleugel. Het is de ligging van het zwaartepunt ten opzichte van het neutral point die voor stabiliteit zorgt. Ook voor toestellen zonder stabilo of met een canard. De afstand tussen zwaartepunt en neutral point noemt men de static margin.

Het aerodynamic centre (dus van enkel de vleugel) ligt op 25% MAC. Met enkel een vleugel ligt ook het neutral point daar. Maar zodra je een staart toevoegt, leg je het neutral point verder naar achter. Het zwaartepunt wil je graag voor het neutral point, omdat je dan een stabiel toestel krijgt. Leg je het zwaartepunt achter het neutral point, is je toestel onstabiel.

Ook als je het zwaartepunt achter het aerodynamic centre legt (of zelfs achter het neutral point) moet je stabilo een positief (nose-up) moment leveren, en dus een kracht omlaag.

Je kan de convexe kant naar beneden maken, maar om voldoende moment te krijgen moet je een profiel kiezen met veel welving, wat het risico op stall van je stabilo verhoogt (dat wil je niet), extra weerstand genereert (dat wil je ook niet) en mooier zal je kist er niet op worden (daar kan je misschien mee leven).

Meestal (en dat is een goed compromis gebleken tussen voor- en nadelen) wordt het stabilo eenvoudig gebouwd (platte plank of platte onderkant) en wordt het zo gemonteerd dat de koorde naar beneden wijst als je de koorde van de vleugel horizontaal houdt.


Have fun @
Altitude 100

P.S. Zogenaamde reflex-camber profielen hebben wel welving maar toch geen nose-down pitching moment en worden gebruikt in vliegende vleugels zonder pijlstelling à la NASA Helios.

 

Hallo Nanni,

Je maakt een denkfout.

Een gewelfd profiel kan veel lift leveren richting van de 'bolle' kant, maar weinig lift de andere kant op.
Een symmetrisch profiel kan beide kanten op evenveel lift leveren, het maximum zit ergens tussen de 2 waardes van een gewelfd profiel in.

Tevens moet je nog onderscheid maken tussen een pendel- of gedempt stabilo (gedempt = vast stabilo met roer).
Bij een gedempt stabilo verander je nl. niet alleen de instelhoek (roer naar beneden is koordelijn meer instelhoek), maar je verandert tevens het profiel (het krijgt een welving in de gewenste richting).


Bij de keuze voor een bepaald type stabilo zou ik me door de volgende overwegingen laten leiden:

• symmetrisch!!!, tenzij je heel specifieke argumenten hebt voor iets anders. Kom ik hierna op terug.
• Pendel is alleen als kruisstaart mogelijk (hogere of lagere plaatsing zijn nog keuzemogelijkheden
• Gedempt is qua bouw wat eenvoudiger en robuuster
• Pendel is qua afregeling van instelhoekverschil makkelijker.
• Gedempt kan meer lift genereren, dus bij een sterk gewelfd vleugelrofiel (groot neuslastig moment) zul je eerder een een gedempt stabilo willen hebben.

Argumenten waarom je en niet-symmetrisch profiel zou willen hebben:

• Bij een gewone staartzwever zou ik het niet weten ....
• Je wilt een stabilo dat bij up-geven overtrekt voordat de hoofdvleugel dat doet.
• Je wilt dat je stabilo overtrekt voordat je hoofdvleugel ondersnijdt (zeer groot flutterrisico).

Bij deze laatste punten moet je constateren dat je pas een gefundeerde keuze zult kunnen maken als je een zeer uitgebreid aerodynamisch ontwerpproces hebt door lopen, en dan nog enkel bij flink uitzonderlijke zwevers.


Ik ben bv. bezig met het ontwerp van een Genesis II. Voorbeeld-1, voorbeeld-2, voorbeeld-3.
Spanwijdte 6 meter. Stabilo 55 x 10 cm (klein!!).

Dit stabilo krijgt een S-slagprofiel, dat omgekeert wordt ingezet (bolle kant naar onderen). Argumenten:

• een gewelfd profiel of een gedempt stabilo heeft een te groot moment op het hele vliegtuig (omdat de staartboom zo uitzonderlijk kort is),
• omgekeerd profiel omdat de benodigde kracht voor langzaam vliegen zeker 2x zo groot als voor voor heel hard.
• Het is een schaalkist, en het origineel had ook een omgekeerd S-slagprofiel.

Maar de drie Genissen uit mijn voorbeelden vliegen met een symmetrisch stabilo-profiel. Dus het kan zeker.

Gr. Dirk.

 

Hoe bedoel je dat Dirk? Ik ken zowel kruisstaarten als T-staarten en V-staarten met pendelroeren.

 

Oeps, T-pendel heb ik even over het hoofd gezien, terwijl ik er vrijdag en gisteren een in mijn handen heb gehad.

V-staart met pendelroer heb ik bewust weggelaten. Als je daarmee met niet-symmetrische profielen begint heb ik geen idee wat ik aan het doen ben. Dat is dermate gecompliceerd.

Maar mijn hoofdboodschap is: symmetrisch profiel tenzij je heel goed weet waarom je een ander nodig hebt (let op: ik sachrijf expres niet "tenzij je een ander wilt").

Dirk.

 

Ik kwam zojuist een heel mooi filmpje tegen. Gewoon prachtig om te zien.

Maar het laat ook heel fraai zien dat het stuwpunt (waar de lucht zich splitst in een deel wat langs de onderkant resp. bovenkant van de vleugel gaat) niet bij de vleugelneus ligt maar onder de vleugel en al gauw 10% van de koorde naar achteren!!!
Vanaf 0:31 en vooral rond 0:40.

Het beste bekijken op 1080p en vergroot window.

Gr. Dirk.