Dwars-stabiliteit in verband met hoogte zwaartepunt

[PH_AJH]

Wat het stabiliteitsverschil tussen hoog- en laagdekkers volgens mij wel op de juiste wijze kan verklaren is traagheidsmoment; bij een hoogdekker ligt het zwaartepunt verder van de rotatie-as, en daardoor meer massa verder van de rotatieas, waardoor die een groter traagheidsmoment heeft. Bij een laag- of eerder nog schouderdekker zal dit veel kleiner zijn. Toch?

 

[Ad Bakker]

Waar het mij om ging was de suggestie dat de rol-as door het massa-middelpunt zou moeten lopen. En dat hangt zeer af van hoe alle krachten samen komen.

Ik wil hier toch nog één keer op terugkomen, dan hou ik ook maar op.

Hoe je het ook wendt of keert, waar de krachten ook vandaan komen, zwaartekracht, lift, drag, luchtweerstand, krachten op wat voor roeren dan ook, maakt allemaal niet uit, uiteindelijk ("at the end of the day" zoals de Engelsen zo pakkend kunnen zeggen) laten ze zich in hun totaliteit samenstellen tot één krachtvector, die als hij werkt op een lichaam resulteert in een kracht en een koppel op het zwaartepunt, en daarmee een versnelling in de richting van de krachtvector geeft, en een hoekversnelling rond de traagheidsas die per definitie door het zwaartepunt loopt. Er zijn echt geen krachten die van deze wetmatigheid vrijgesteld zijn omdat dat bij vliegtuigen allemaal nogal ingewikkeld in elkaar steekt. Er bestaat geen (model)vliegtuig natuurkunde.

Groet,

Ad Bakker

 

[Helipilot]

Dag beste modelbouwers,

Ik moet toch wel eerlijk zeggen dat ik verbaasd ben dat ik de correcte oplossing(ten minste, zoals het mij is geleerd ) nog niet voorbij heb zien komen(Als ik er overheen heb gelezen, dan mijn excuus alvast). Ik post hier een scan uit een ATPL Aerodynamica boek van mijn vliegopleiding, hetzelfde verhaal heb ik in Delft ook te horen gekregen bij Aerospace Engineering.

Het komt er op neer, dat de Topicstarter gelijk heeft, een pendel effect bestaat niet. Natuurlijk lijkt een pendel effect zeer logisch, maar het is niet waar. Voor helikopters geldt dit ook, vandaar het feit dat een helikopter inverted net zo stabiel vliegt als rechtop, en een Coaxial helikopter alleen stabiel is vanwege de gyroscopische wip op de bovenste rotor, niet omdat de rotor zo hoog zit gemonteerd. Tevens wordt je helikopter er ook niet stabieler van wanneer je er een camera onderhangt

Hier dan de uitleg zoals in het boek staat beschreven:

Met vriendelijke groet,

Marijn

 

[DirkSchipper]

Hebben wij finaal langs elkaar heen zitten praten?

Ik heb het (vrijwel) uitsluitend over de hoog-laag-as gehad.
Met uitzondering van dit kleine stukje uit post #30:

Overigens, jou correctie naar 7b is klopt wel. Door die zijwaartse kracht N gaat het vliegtuig opzij schuiven. Daardoor wordt de aanstroomhoek van de omhoog gerichte vleugel kleiner, en die van de lagere vleugel groter. Daardoor gaat die laatste meer en de eerste minder lift leveren, waardoor de oorspronkelijke stand hersteld wordt.

De veel gehoorde verklaring dat de lagere vleugel een grotere spanwijdte heeft klopt dus ook niet.
​

Alleen geeft de uitleg van Marijn ook een verklaring voor vleugels zonder V-stelling.

Toch weer wat geleerd.

Gr. Dirk.

 

[Helipilot]

Haha sorry, ik had er iets te vlug doorheen gescrolled, ik zie het nu ook staan. Maargoed, blij dat je er toch wat aan had

Marijn

 

[Robinio]

Ik ben het wel eens met bovenstaande. Volgens de theorieboeken over stabiliteit van mijn opleiding is rolstabiliteit een gevolg van de sideslip. Verandering van de stabiliteit komt door v stelling, plaats van de vleugel (boven of onder, zie voorbeeld van Marijn), en op dezelfde wijze maar in mindere mate het stabilo , pijlstelling en het verticale staartvlak. (drukpunt van het staartvlak door sideslip ligt meestal boven het zwaartepunt en heeft een stabiliserend rolmoment tot gevolg)

Onderstaande website geeft een goede begrijpelijke samenvatting:

Dynamic Longitudinal, Directional, and Lateral Stability

Invloed van V-stelling:
Dihedral effect on lateral stability

Invloed van Pijlstelling:
Wing sweep aids lateral stability

Invloed van Rompvorm en verticaal staartvlak:
Effects of fuselage and tail on lateral stability

Zoals zo vaak is het weer eens een combinatie van heel veel factoren die mee spelen.

 

[Ariel]

Testvlucht

Toch wel leuk om weer net als vroeger spelen met een "Wurfgleider"
Speciaal voor Peter heb ik natuurlijk een extreem vliegtuigje geknutseld om zijn theorie onderuit te halen. Maar ik denk dat Peter zeker is van zijn zaak en misschien al op had gerekend dat iemand de mening van Koolhoven kracht bij wil zetten.

Mijn bevindingen.

Hellaas ging voor mij geen wereld open (misschien omdat het kwartje al was gevallen)

Na vele proefvluchten van beide modellen weet ik zeker dat een hoog liggend zwaartepunt in een vliegtuig tijdens de vlucht geen omvallen bewerkstelligd. Of anders gezegd instabiliteit.
Dit was voor mij erg leerzaam en ik heb weer meer gevoel gekregen betreffende het krachtenspel bij een vliegtuig tijdens het vliegen.
Wat ik wel opvallend vond bij toestel twee was dat wanneer ik dit bij de romp vasthield en maar een klein beetje schuin hield voelde ik de kracht van het gewicht trekken. Hoe schuiner hoe sterker de kracht werd. De verwachting was nu bij mij dat tijdens de vlucht het zelfde zal gebeuren. Nee,…. Want ik heb het toestel niet meer in mijn hand dus geen steunpunt.

Johannes

 

[kuperus]

aantal dingen.

1. lift grijpt primair aan in de vleugels en stabilo, dit mag je eventueel herleiden naar CoL
2. gravity grijpt aan all over vliegtuig, maar voor calculations herleid naar CG
3. deze krachten kan je NIET herleiden naar elkaar.

elke tekening die peter gemaakt heeft waar alles in 1 punt aangrijpt is het samenvoegen van krachten die op het gehele object van invloed zijn. en bekijkt dus alleen wat er met het gehele object gebeurd naar aanleiding van de krachten in 1 vlak (bijv achter aanzicht voor rol beweging)

echter voor beredenering van stabiliteit, mag je deze krachten niet verplaatsen, dan zou je namelijk de vectoren verplaatsen en dus het moment veranderen wat daaruit resulteerd. dus verander je de hele dynamiek.

als jouw redenatie zou kloppen, zou je nooit kunnen sturen. WANT als je rolroer input geeft, verander je krachten op uiteinde van de vleugel, herleid je dit naar je CG, gebeurt er met die krachten helemaal niets. dus in jouw redenatie gebeurt er dan ook helemaal niets. echter in praktijk rolt het vliegtuig.

in jouw plaatjes en redenaties, laat je het hele MOMENT weg. heb je alleen maar resultante van krachten. en dat kan niet.

je kan een vector transleren om te laten zijn wat het effect op het gehele object is als zijnde balans, maar NIET wat het effect is op de beweging van het toestel en dus de stabiliteit.

sorry voor scheve scan

Peter: Nog ter illustratie van een veel voorkomend misverstand in verband met V-stelling: het is niet zo dat de lage vleugel bij voorbaat door zijn verticaal gerichte vector meer bijdraagt aan de lift dan de hooggelegen vleugel

zie plaatje, de bijdrage aan de lift (om het vliegtuig in de lucht te houden) van de liggende vleugel is groter dan de schuine vleugel. hierdoor ook het rolmoment creerend zodat het vliegtuig terug keert naar zijn oorspronkelijke situatie

 

[kuperus]

Wat ik wel opvallend vond bij toestel twee was dat wanneer ik dit bij de romp vasthield en maar een klein beetje schuin hield voelde ik de kracht van het gewicht trekken. Hoe schuiner hoe sterker de kracht werd. De verwachting was nu bij mij dat tijdens de vlucht het zelfde zal gebeuren. Nee,…. Want ik heb het toestel niet meer in mijn hand dus geen steunpunt.
Johannes

dit gebeurde waarschijnlijk niet omdat je CG op dusdanige plek lag dat de vlucht niet lang genoeg duurde om effect te meten.

plaats maar eens een stok bovenop je modelvliegtuig met gewicht er aan. (wel dusdanig gewicht dat je je CG ook daadwerkelijk flink verplaatst) en ga er dan nog maar eens mee vliegen. merk je vanzelf dat ie stukje lastiger recht te houden is.

NOTE: dit is dus ook iets waar jagers juist gebruik van maken. door bijv bij de F-16 je CG en je CoL zo dicht mogelijk bij elkaar te leggen is deze door een normaal mens niet meer te vliegen. juist omdat deze bijna geen stabiliteit meer heeft.

 

[Peter Den]

@ Johannes, bedankt dat je de moeite genomen hebt en leuk en verrassend toch?!

@Arjan;

Wat het stabiliteitsverschil tussen hoog- en laagdekkers volgens mij wel op de juiste wijze kan verklaren is traagheidsmoment; bij een hoogdekker ligt het zwaartepunt verder van de rotatie-as, en daardoor meer massa verder van de rotatieas, waardoor die een groter traagheidsmoment heeft. Bij een laag- of eerder nog schouderdekker zal dit veel kleiner zijn. Toch?

Dit is inderdaad een relevant effect maar niet strikt genomen stabiliteit> het kan best dat een trager rollend en trager rol-stoppend vliegtuig als stabieler, namelijk rustiger sturend, wordt ervaren.

 

[Flying Davy]

Even een praktijkvoorbeeld erbij. Een Cessna 172, zo heb ik mij laten vertellen, doet het volgende bij een spin, één van de moeilijkste te herstellen manouvres: Als je niks doet, rolt hij vanzelf uit!
Vervolgens een vergelijkbaar toestel met lage vleugels, de Piper Archer.
Gooi je deze in een spin en zou je niks doen, blijft hij in de spin, vervolgens met corrigeren nog steeds, minimaal, 2000ft nodig om te herstellen.
Zelfs als jou theorie waar is, wat mij nog niet overtuigd heeft mede om de reden die kuperus ook al noemt, mag je dat van mij gaan verklaren.

 

[Henri Zikken]

De FAA heeft het 'pilot handbook'. Met een hele uitleg over statische en dynamische stabiliteit.

http://www.faa.gov/library/manuals/aviation/pilot_handbook/media/PHAK - Chapter 04.pdf

 

[kuperus]

zie vooral pagina 16

 

[Ariel]

dit gebeurde waarschijnlijk niet omdat je CG op dusdanige plek lag dat de vlucht niet lang genoeg duurde om effect te meten.

plaats maar eens een stok bovenop je modelvliegtuig met gewicht er aan. (wel dusdanig gewicht dat je je CG ook daadwerkelijk flink verplaatst) en ga er dan nog maar eens mee vliegen. merk je vanzelf dat ie stukje lastiger recht te houden is.

Johannes

 

[Ariel]

Even een praktijkvoorbeeld erbij. Een Cessna 172, zo heb ik mij laten vertellen, doet het volgende bij een spin, één van de moeilijkste te herstellen manouvres: Als je niks doet, rolt hij vanzelf uit!
Vervolgens een vergelijkbaar toestel met lage vleugels, de Piper Archer.
Gooi je deze in een spin en zou je niks doen, blijft hij in de spin, vervolgens met corrigeren nog steeds, minimaal, 2000ft nodig om te herstellen.
Zelfs als jou theorie waar is, wat mij nog niet overtuigd heeft mede om de reden die kuperus ook al noemt, mag je dat van mij gaan verklaren.

Wat dacht je van de Ercope 415D (laagdekker) het is nog niemand gelukt dit toestel überhaupt in een spin te krijgen.
Of de Saab 105 (hoogdekker), werd door de fabrikant gewaarschuwd om geen spin te proberen. Een eigenwijze oostenrijker geloofde in zijn vliegkunsten en heeft het toch geprobeerd. Hij ging er perfect in de spin maar kwam er niet meer eruit.
Dus het zijn aerodynamische effecten die beslissend zijn over het vlieggedrag.

Johannes

 

[Flying Davy]

Dat is waarom ik bewust 2 soortgelijke toestellen noemde, met ongeveer dezelfde moeilijkheidsgraad en vliegeigenschappen.
Een jet krijgt tijdens een spin zoiezo met nog een ander fenomeen te maken en dat is compressor stall waardoor vermogen je zoiezo al niet meer red in een spin. Bovendien heeft deze een negatieve V-stelling en een T-staart. De T-staart zorgt ervoor, in combinatie met de jetmotor waarvan de uitstroom helemaal achteraan het vliegtuig zit, dat dit vliegtuig deepstall gevoelig is. Dus al zou je hem uit de spin krijgen, dan moet je hem nog steeds uit de deep-stall halen. En die laagdekker die je noemt heeft wel enorme V-stelling en een dubbel kielvlak. Niet echt een conventioneel ontwerp dus, maar het zal zeker stabiel zijn, dat geloof ik graag. Echter ontkracht het nog steeds niet dat 2 (ongeveer) identieke vliegtuigen, met als verschil de ene een hoogdekker en de andere een laagdekker zoals in mijn voorbeeld, dat de hoogdekker stabieler is dan een laagdekker.

 

[ajh]

statische en dynamische stabiliteit.

Ik heb sterk het idee dat deze twee verschillende zaken door elkaar gehaald worden. Samen bepalen ze de stabiliteit in de vlucht, maar apart zijn het twee verschillende zaken die je goed moet onderscheiden.

 

[PH_AJH]

Echter ontkracht het nog steeds niet dat 2 (ongeveer) identieke vliegtuigen, met als verschil de ene een hoogdekker en de andere een laagdekker zoals in mijn voorbeeld, dat de hoogdekker stabieler is dan een laagdekker.

Daar gaat dit draadje nou juist over. Peter is begonnen met een onderbouwing waaruit blijkt dat deze stelling niet klopt, juist omdat hij steeds weer opduikt.
Een natuurkundige onderbouwing voor jouw stelling ontbreekt en ook jij geeft hem niet.....Uit de praktijkvoorbeelden weten we allemaal dat veel hoogdekkers makkelijker vliegen dan laagdekkers maar het verschil in stabiliteit moet ergens anders in zitten dan in het hoog- danwel laagdekker verhaal.
De testjes die Johannes en Peter hebben gedaan laten namelijk zien dat als je enkel de vleugel van plaats laat veranderen er niets aan de stabiliteit verandert. Jij noemt 2 (ongeveer) identieke vliegtuigen maar die zijn in de verste verte niet identiek

 

[kuperus]

de testjes van Johannes en Peter zijn met niet vliegende modellen geweest, maar met handzwevers... die vliegen niet lang genoeg en zijn niet bestuurbaar.

daarbij komt dat de genoemde gewichten niet dusdanig groot zijn geweest om het CG flink te verplaatsen. doe hetzelfde eens met een echt vliegend model en zorg ervoor met genoeg gewicht dat je de balans verstoord... dat vliegt niet fijn.

en leuk die vliegende smurf... maar echt plezierig denk ik niet dat ie vliegt. daarbij komt nog eens dat die smurf een ENORM oppervlak heeft, en dus al voor z`n eigen stabiliteit zorgt.

 

[bdoets]

Iemand heeft het al gezegd... je kan op een stabiel vliegtuig een paal zetten met een gewicht, en het is best mogelijk dat dat toestel dan nog netjes (rechtuit) vliegt. Probeer je een bocht, dan kan dat al heel anders uitpakken; en zogauw je een béétje slipt of schuift, wordt het ding volkomen onbeheerbaar, daar kan je op wachten.
Kuperus gaf in post #68 een prima uitleg van waarom V-stelling wel degelijk rolstabiliteit geeft, dankjewel!