Dwars-stabiliteit in verband met hoogte zwaartepunt

Het draadje ging van meet af aan over dwars (rol) stabiliteit, en wat mij betreft is al behoorlijk overtuigend aangetoond dat de hoog/laagddekkerconfiguratie daar eigenlijk geen invloed op heeft... misschien moet je toch nog even het hele draadje doorlezen Marcel...

 

Zo hehe, mijn aerodynamicaboek is gevonden. Het volgende heb ik gevonden over stabiliteit mbt hoge en/of lage vleugel. Ik citeer mijn boek even:

"A high wing configuration also shows static lateral stability. This is not due to the high wing/low CG effect (pendulum effect), because the lift rotates with the bank angle and is in a bank still acting through the CG. This does not cause a restoring rolling moment.

Like stated before static lateral stability works through a sideslip angle. That is also true for the high wing contribution to static lateral stability.

Due to the air flowing laterally around the fuselage in a sideslip the AoA of the low wing is higher than that of the high wing. This causes a restoring rolling moment."

Hieruit kunnen we dus opmaken dat het pendulum effect, waar we het zo lang niet over eens waren, inderdaad absoluut geen rol speelt. Echter kunnen we ook opmaken dat een high wing een statisch stabiel voordeel heeft tijdens het slippen. Er word alleen niks vermeld in mijn boek over low wing configuration in relatie tot lateral stability, waar we het hier dus over hebben. Ik ben inmiddels in contact met mijn oude school om de windtunnel te gebruiken en zal, als het zover is, dus kijkenof dit verschil in AoA echt te zien is tussen een lage en hoge vleugel configuratie. Aangezien dit de enige verklaring is die ik in mijn boek kan vinden voor het eventueel stabieler zijn van een hoge vleugel configuratie. En we hier met zijn alle ook niet veel verder kwamen dat dat het moest zijn of iets wat niet met aerodynamica te maken had.

Vriendelijke groeten,

Davy

PS: Het boek waar ik dit uit citeer is het Nordian boek Principles of Flight en is geschreven door de betse aerodynamicus uit Europa. Dit is geen beroep authoriteit, slechts een bronvermelding en wat achtergrond over het boek.

PS2: AoA= Angle of Attack, oftewel de hoek tussen de vleugelkoorde en de ongestoorde aanstromende lucht.
CG= Center of Gravitiy, oftewel zwaartepunt.

 

Eerder gepost, en zonder enig voorbehoud of pretenties. Zie het plaatje voor het verschil tussen de hoogdekker en laagdekker bij een zijdelingse verstoring, en dat veroorzaakt de 'slip' (ook wel schuin vliegen ipv rechtdoor).



Mooi van die windtunnel Davy, hebben ze de A300 sim nog daaro in Eelde ?

 

Die windtunnel is niet op mijn oude vliegschool, maar mijn oude middelbare school. In Eelde hebben ze de A300 sim weggehaald. Werd niet meer gebruikt.

En over het verschil in hoog/laagdekker mbt het verschil van invloed van de romp op de liftverhouding tussen de lage en hoge vleugel in slippende conditie het volgende: Peter was van mening dat bij een laagdekker dat effect niet veel anders is dan bij een hoogdekker als ik zijn standpunt hierin goed herinner. Peter, verbeter me als ik je mening fout uitleg. Daarom wil ik dit in een windtunnel gaan testen. Om te kijken of dit effect zich echt voordoet of dat dit slechts een foute aanname is geweest. Waarbij ik er gelijk bij zeg, als dit fenomeen bij hoog en laagdekker hetzelfde is, heeft Peter nog gelijk ook dat het aerodynamisch of met krachtenleer niet te verklaren is waarom een hoogdekker stabieler aanvoelt dan een laagdekker.

 

He Davy, gefeliciteerd nog met je verjaardag ! (26 mei 2011)

Namens het complete Modelbouwforum (mag ik wel zeggen toch?) Gefeliciteerd !

En nog vele-vele-vele-vlieguren !

 

Inderdaad proficiat !

Ik loop er toch ook steeds mee in mijn hoofd, rolstabiliteit...
Alle benamingen en degelijke daargelaten.
Ligt het Center van rotatie en het zwaartepunt wel op 1 plek, zoals geschetst op pagina 1 (Cv, Cz) ......
Ik vind het vanuit eigen redenatie logischer dat het centrum van rotatie in de vleugel terechtkomt.
Of sla ik de plank dan volkomen mis?
Ik denk puur vanuit zaken die van kracht zijn op alles wat ik om me heen zie.
Stel dat we alles even weglaten en een statische situatie creëren,
het rotatiepunt over de lengteas in het centrum van de vleugel houden en op het zwaartepunt in de lengteas een vliegtuig in dat centrale punt ondersteunen.
Dan creer je toch hetzelfde als dat je met een eenwieler onder of bovenop een kabel moet rijden.
Bovenop practisch onmogelijk dan knikker je om, en onder de kabel (hangend weliswaar) blijf je relaxed doortrappen.
M.a.w.
- Een hoogdekker ligt het merendeel van de massa onder het rotatiecenter, stabiel
- Een middendekker massa en rotatiepunt in 1, het meest bewegelijk in alle richtingen (zoals alle stuntkisten ook meestal zijn uitgevoerd)
- Laagdekker massa boven het rotatiepunt, minst stabiel

 

Allereerst: Thanks allemaal!

Je slaat de plank inderdaad mis, maar je bent niet de eerste en dus ook niet de enige. Morgen reageer ik hier even op. Maar mijn verjaardag bevatte te veel alcohol om hierop serieus goed te reageren. In dit draadje staat het antwoord ook al, maar morgen(als ik wakker word en de hoofdpijn weg is) zal ik het even uitgebreid uittypen.

 

Hoi Davy, ook gefeliciteerd!
Ik overwoog hier een grapje over leeftijd aan toe te voegen, maar het wordt zo gemakkelijk verkeerd geïnterpreteerd...

 

Bart: Bedankt! Geweldige reactie trouwens, grapje moet kunnen toch.

Eric: Elke beweging van een vliegtuig vind zijn oorsprong om 1 van de 3 assen van een vliegtuig (of een combinatie hiervan). Deze assen zijn:
De lateral axis, die zich van vleugeltip tot vleugeltip bevind.
De longitudinal axis, welke zich van neus tot staart bevind.
En de vertical axis, welke van onder naar boven door het vliegtuig gaat.
Alledrie hebben ze 1 ding gemeen: Ze gaan ALTIJD door het zwaartepunt heen. Hieruit blijkt dus dat rotaties altijd door het zwaartepunt heen gaan.
Tevens, bij een veranderlijk zwaartepunt (zoals tijdens de vlucht gebeurt) veranderd ook de ligging van deze assen en dus ook de mate/snelheid van rotatie om deze assen. Dit in verband met een veranderende arm/moment. Makkelijkste voorbeeld voor mij hierin is dat tijdens de vlucht het zwaartepunt bijvoorbeeld iets naar voren verplaatst ivm verbruik van brandstof. Hierdoor word de arm van het rudder tot aan zijn as van rotatie/zwaartepunt dus groter en zal het rudder meer effect hebben.

Voor de rest: ALS het rotatiepunt inderdaad in de vleugel zou liggen, zou je inderdaad gelijk hebben dat de massa ten op zichte van het rotatiepunt invloed had op de stabiliteit. Echter, doordat zoals hiervoor beschreven is dat het rotatiepunt in het zwaartepunt ligt, voor elke beweging, bevind er zich dus altijd evenveel massa voor, achter, links, rechts, boven en onder het rotatiepunt. En kan deze massa dus eigenlijk geen invloed hebben op de rotatie.

Verder heb ik voor de hardnekkige mens het volgende plaatje even gepikt van Peter's album:


Als ik nog ergens onduidelijk ben geweest of nog iets verder moet verklaren, laat maar horen.

 

Bedankt Davy,
Had ik de stelling nog niet helemaal begrepen inderdaad (dit lijkt mij een struikelblok voor veel mensen trouwens), maar nu wel.
De schets/berekening zoals gesteld en uitgaande van de beschikbare gegevens klopt ook gewoon.
(sorry als ik zaken herhaal, maar ik zie door de bomen af en toe het bos even niet meer )
Je geeft aan dat het zwaartepunt niet statisch is maar dynamisch, door veranderende massa in het geheel, en daardoor bijvoorbeeld invloed heeft op de werking van het richtingsroer.
Ik bedacht mezelf dat er ook een groot verschil is tussen aangedreven en niet aangedreven vliegtuigen en de plaatsing van die aandrijving.
deze zal ook een kracht x arm creëren t.o.v. het rotatie zwaartepunt, over zowel de lateral (Hoogte prop t.o.v. rotatiepunt) als de longitudinal axis (koppel en trekkracht).
Vandaar de domp instelling van motoren neem ik aan.
Wat gebeurd er als je deze variabele kracht mee gaat nemen in het geheel....
Zal je namelijk ook niet terugvinden in een windtunnel.
Klopt het dat bovenstaande redenatie/stelling dan alleen opgaat voor zwevers?.

 

Davy, excuses voor de wat gedateerde reactie, maar ik ben de afgelopen 2 weken met vakantie geweest.

Het idee om één en ander experimenteel te onderzoeken vind ik ontzettend leuk. Maar ik wil wel wijzen op een aantal valkuilen die bij experimenteel onderzoek aanwezig zijn.
Bij elk experiment moet het denkwerk voornamelijk vooraf gebeuren. Dat betekent dat je in eerste instantie goed moet vastleggen wat je wilt aantonen, en hoe je dat met de beschikbare opstelling kunt doen. In experimentele kringen is "meten is weten" een gevleugelde uitdrukking, maar als meer analytisch/numeriek ingestelde onderzoeker (die toch ook altijd experimenten nodig had) voegde ik daar altijd aan toe "maar weet wel wat je meet".

Ik heb geen eigen ervaring met windtunnel onderzoek, dus ken ik de instrumentatie en andere mogelijkheden en beperkingen niet. Bij bijvoorbeeld onderzoek aan vleugelprofielen kan ik me voorstellen dat je door een goede meting van alle krachten en momenten ter plaatse van de inklemming de karakteristieken van een profiel kan bepalen (ik ga dan even voorbij aan alle complicaties die ook daarbij kunnen optreden). Maar bij een vliegtuig dat in principe "vrij" moet kunnen bewegen lijkt dat me toch wat complexer te liggen.

Om allerlei discussies over de opzet van het experiment achteraf te voorkomen, zou het wellicht raadzaam zijn om vooraf de opstelling en het meetplan ter discussie te stellen. Dat zou dan nog tot eventuele verbeteringen kunnen leiden.

Ik wil hiermee echt niet betuttelend overkomen, en zeker niet een leuk initiatief de grond in boren. Maar ik heb in het verleden te veel (ook door mijzelf geïnitieerde) experimenten zien falen doordat er te weinig voorbereiding aan vooraf gegaan was.

Groet,

Ad

 

Ad,

Ik had zeker al over de valkuilen en de te beproeven dingen nagedacht. Inderdaad om de reden dat je anders geen goed experiment uitvoert en de gegevens die eruit komen wel is onjuist zouden kunnen zijn. Mijn bedoeling is om een vliegtuig te maken(uit depron oid) waarvan de vleugels zowel boven als beneden geplaatst kunnen worden. Zodat de invloed van de romp hetzelfde is. Tevens moet ik de maten van de windtunnel nog even nakijken zodat ik het vliegtuig van dusdanige spanwijdte en hoogte kan maken dat er genoeg ruimte is tussen de wand van de windtunnel en grondeffect dus geen rol speelt. Vervolgens wil ik eerst de normale situatie zijn(niet slippend dus) en kijken hoeveel lift er dan ontstaat op de vleugels, bij zowel hoog als laagdekker. Dan wil ik het vliegtuig slippend in de luchtstroom neerzetten en kijken hoe de liftverhouding dan is veranderd bij zowel de laag- als de hoogdekker. Hoe dit precies aangepakt gaat worden ben ik nog niet uit. Ik wil samen met mijn oude natuurkundeleraar het hier nog even over hebben. Het vliegtuig zal namenlijk enigzins vast moeten staan ivm wegwaaien, maar aan de andere kant wil ik de luchtstroom zo min mogenlijk storen. Daarom zit ik ook nog te twijfelen of ik het echt ga meten(bijvoorbeeld met veerunsters(niet de mooiste oplossing ivm storen luchtstroom)) of dat ik het verschil ga bekijken dmv rook in de luchtstroom toe te voegen. Suggesties zijn altijd welkom en als ik eruit ben hoe ik dit wil gaan doen zal ik dat zeker nog even laten weten.

Vind het zeker niet betuttelend overkomen, maar een zeer terechte waarschuwing. Zonder goede voorbereiding vaart geen enkele proef wel...

Eric:
Op het moment dat er een verstoring plaatsvind(denk aan een windstoot of turbulentie) waarbij de op dat moment stabiele situatie word verstoort. En bij de daarop volgende reacties van het vliegtuig(wanneer de vlieger niet ingrijpt) veranderd het vermogen niet, de motor blijft namenlijk op hetzelfde toerental draaien(met uitzondering van een lichte toename door hogere vliegsnelheid, maar het effect daarvan is te klein om waar te nemen). Dat je het koppel van het motorvermogen niet terugvind in de windtunnel is correct, maar zal dus geen problemen opleveren, aangezien 1:1 het motorvermogen en dus het koppel ook niet veranderd in een dergelijke situatie. Met je beredenatie waarom motordomping zit je goed. Deze effecten zijn bij de 1:1 vliegerij ook heel duidelijk aanwezig en bij modelvliegtuigen ook wel te merken, maar voor zover ik meegemaakt heb in zeer mindere mate(ook relatief gezien).
Dat je door de bomen het bos niet meer ziet kan ik begrijpen, het zijn nogal wat lappen tekst en moeilijke termen iedere keer.

Hopenlijk heb ik weer alles te pakken wat ik verklaren moest

Groeten, Davy

 

je hoeft niets te verklaren
Ben gewoon benieuwd of alle variabelen wel worden meegenomen in de stelling van dit draadje.
Een zwever's snelheid wordt bepaald door aanvalshoek en drag / luchtweerstand.
Een motorkist word door de drag heen gesleurd..
Dat die resulterende krachten niet worden meegenomen in deze stelling en als verwaarloosbaar worden aangenomen verbaasde mij ietwat.

 

Dat was ook één van m'n vraagpunten, Eric.
Eigenlijk zou je een gemotoriseerd vliegtuig moeten simuleren door een horizontaal lijntje verbonden op de hartlijn van de aandrijving en voor de rest vrij moeten laten. Maar of dat te realiseren/stabiel te krijgen is in een windtunnel???? Helaas geen ervaring op dat punt.

Groet,

Ad

 

Ik snap wat jullie bedoelen, maar laat ik wat ik wil onderzoeken nog even toelichten.
De enige reden die we gevonden hebben waarom een hoogdekker stabieler zou zijn dan een laagdekker is het feit dat door de plaatsing van de vleugel tov de romp, de lucht in slippende conditie dusdanig aanstroomt dat bij een hoogdekker de lage vleugel meer lift krijgt en bij de laagdekker de hoge vleugel. Echter word er in dit draadje de mening geopperd dat dat niet het geval is. Ik wil in de windtunnel dus onderzoeken of dat fenomeen dus echt bestaat en of het in dusdanige mate aanwezig is dat het een bijdrage levert aan de stabiliteit van een hoogdekker.

Nogmaals, al zou ik een verstoring simuleren in de windtunnel doet het er niet toe hoeveel vermogen er aan de neus trekt. Deze is in de echte situatie namenlijk constant en in de windtunnel dus ook, zelfs als je hem compleet niet meeneemt.
Ad: Ik ben er ook nog niet uit wat de mogenlijkheden zijn in de windtunnel, maar hoop daar snel genoeg achter te komen.

 

Die is niet constant in mijn ogen.
zolang je de throttle handmatig bestuurd en moet anticiperen met je hoeveelheid throttle om je kist te besturen...
Dan is het een volledig meewerkende variabele.
Probeer maar eens een harrier roll met een hoog of laagdekker.

 

Volgens mij is een vliegtuig wat anders dan een bromfiets met een gas met 2 standen (langzaam/volaan).
Zodat (althans volgens de bestuurders die ik hier zie langskomen) je continu moet wisselen tussen beide uitersten om op bijvoorbeeld 3/4 van je maximaal haalbare snelheid te rijden.
Lijkt me, zeker op de langere stukken, dat je je snelheid kiest waarbij het lekker klinkt/snel genoeg gaat en dat je niet iedere minuut een ander toerental kiest.
Net als met schepen, buitengaats wordt het toerental gekozen en bij aankomst gaat het gas er pas weer vanaf.
Volgens mij is het dan GEEN variabele meer.

 

Tijdens normale vlucht is de gasstand inderdaad variabel. Maar tijdens een verstoring en mbt stabiliteit moet je de gasstand sowieso op 1 stand houden. Anders kan je nooit de zelfstabiliserende werking van het vliegtuig testen/meten. Op het moment dat er een verstoring optreed en hoe het vliegtuig hier zelf op reageert gebeurt allemaal zonder verandering van toerental/thrust. Dat maakt dat het ook niet relevant is om dit na te bootsen in dit geval. Enige wat je nog zou kunnen bedenken is de luchtstroom van de propwash over de vleugels. Echter zal die aan de rechterkant(bij rechtsdraaiende motor) ALTIJD iets meer zijn dan aan de linkervleugel en duwt de propwash dan ook altijd iets tegen het kielvlak vanaf de linkerkant. Dit effect op zich helpt wel iets met stabiliseren, maar dan ook alleen als er naar rechts geslipt word.

 

Roel
Nog even terug op je vraag van de jagers.
Nr 1 reden is dat je als jachtvlieger een vrij uitzicht moet hebben, het liefst rondom, kijk naar de F16, die heeft dat, evenals vele andere hedendaagse jagers.
De vlieger zit dus als de spreekwoordelijke bok op de haverkist.
Bij een hoogdekker wordt dat problematisch.

Vertalend naar jouw interessehoek: een duikboot met de periscoop/commandopost aan de onderzijde van de boot heeft niet veel zin toch?

Daarnaast biedt het voordelen voor een snellere(her)bewapening, externe tanks etc zijn makkelijker te monteren vanaf grondniveau ipv met een "trappetje".

Verder, als je het landingsgestel in de vleugel kwijt moet, (omdat je relatief kleine romp vol zit met motoren, apparatuur en boordkanonnen dan heb je héél lange, zware en kwetsbare poten nodig....

Ik denk dat met de huidige kennis van aerodynamica en moderne besturingstechnieken het "nadeel" van de hoogdekker wel opgelost zou kunnen worden, daar zal het dus niet aan liggen

De RAF trainers:
RAF Trainers

 

@Richard: dank je wel.
Ik gooide het balletje hier op vanuit mijn simpele maritieme gezichtspunt en vanwege het feit dat de "klassieke" jagers vrijwel allemaal laagdekkers waren.
Verder volg ik de discussie met belangstelling.