Dwars-stabiliteit in verband met hoogte zwaartepunt

[Ad Bakker]

Ad: Ik ben er ook nog niet uit wat de mogenlijkheden zijn in de windtunnel, maar hoop daar snel genoeg achter te komen.

Davy, zo maar weer even wat gedachten die me tebinnen schoten.

Ik ga ervan uit dat je in eerste instantie kijkt naar statische stabiliteit gaat kijken, dat betekent de krachten die een stabiel toestel ervaart als het aan een verstoring wordt onderworpen. Dat is veel minder complex dan dynamische stabiliteit, waarbij je ook kijkt naar de daadwerkelijke bewegingen die het toestel onder invloed van een verstoring maakt.
Voor de statische stabiliteitsmetingen zijn dan twee dingen belangrijk:

• de constructie waarmee het toestel gefixeerd wordt, die de luchtstroming rond het toestel zo min mogelijk mag beïnvloeden.
• nauwkeurige krachtmeting van de krachten op de ondersteuning, zodanig dat daaruit alle ondersteunings krachten (3 stuks) en momenten (3 stuks) bepaald kunnen worden.

Dat eerste is een ontwerpzaak en vraagt vooral "denkwerk", dat tweede is instrumentatie die bij de windtunnel aanwezig zal moeten zijn, hetzij door een slimme combinatie van kant en klare krachtopnemers, of door een faciliteit om rekstrookmetingen uit te voeren. Nu voer je rekstrookmetingen niet zo maar uit, daar heb je echt ervaren technici voor nodig en de benodigde apparatuur. Ik weet dat uit ervaring, want ik heb talloze rekstrookmetingen zien en laten uitvoeren. Dus naast de windtunnel zelf zal er ook de relevante deskundigheid beschikbaar moeten zijn!!

Groet,

Ad Bakker

PS, misschien een leuk detail. De eerste rekstrookmeting die ik mee heb mogen maken was die tijdens de proefpersing van het kernreactordrukvat voor de Dodewaard centrale bij de RDM, ik dacht in 1968. Daar waren honderden rekstrookjes op aangebracht, waaruit een schat aan informatie beschikbaar kwam.

 

[Hans Meij]

Hopelijk is dit stof tot nadenken, maar zoals boer Koekoek placht te zeggen: ’mooi praten: bewijzen moeten we hebben’’

Heb ik het juist dan blijven vragen staan als: ’’waarom denken we dan dat hoogdekkers stabieler zijn dan laagdekkers?’’

Hopend op constructief commentaar.
Peter.

Peter, graag mijn toelichting vanuit de praktijk.
Wij F3A vliegers hebben een toestel nodig dat zogenaamde couplings-vrij is. (Rudder)-roll coupling is een van die couplings die wij niet wensen.
Deze coupling zorgt er voor dat tijdens meskant je toestel terug rolt of juist verder rolt. In feite is je toestel tijdens meskant bezig met een side-slippende beweging.
Bij het experimenteren/zoeken van de optimale V-stelling en vleugelpositie blijkt uit de praktijk:
Deste hoger de vleugel in de romp geplaatst is, deste sterker wordt het terugrollende effect.
Deste groter de (positieve) V-stelling deste groter het terug rollende effect.

Zo is er dus een schouderdekker te maken met sterke negatieve V-stelling die niet meer eigenstabiel is om de langsas.

Dus ja, ga maar experimenteren met verschillende vleugels en posities in de romp, en je zal leren dat een hoogdekker een sterker terugrollend effect ondervindt dan een laagdekker indien de vleugel dezelfde vorm en V-stelling heeft.

 

[Flying Davy]

Davy, zo maar weer even wat gedachten die me tebinnen schoten.

Ik ga ervan uit dat je in eerste instantie kijkt naar statische stabiliteit gaat kijken, dat betekent de krachten die een stabiel toestel ervaart als het aan een verstoring wordt onderworpen. Dat is veel minder complex dan dynamische stabiliteit, waarbij je ook kijkt naar de daadwerkelijke bewegingen die het toestel onder invloed van een verstoring maakt.
Voor de statische stabiliteitsmetingen zijn dan twee dingen belangrijk:

• de constructie waarmee het toestel gefixeerd wordt, die de luchtstroming rond het toestel zo min mogelijk mag beïnvloeden.
• nauwkeurige krachtmeting van de krachten op de ondersteuning, zodanig dat daaruit alle ondersteunings krachten (3 stuks) en momenten (3 stuks) bepaald kunnen worden.

Dat eerste is een ontwerpzaak en vraagt vooral "denkwerk", dat tweede is instrumentatie die bij de windtunnel aanwezig zal moeten zijn, hetzij door een slimme combinatie van kant en klare krachtopnemers, of door een faciliteit om rekstrookmetingen uit te voeren. Nu voer je rekstrookmetingen niet zo maar uit, daar heb je echt ervaren technici voor nodig en de benodigde apparatuur. Ik weet dat uit ervaring, want ik heb talloze rekstrookmetingen zien en laten uitvoeren. Dus naast de windtunnel zelf zal er ook de relevante deskundigheid beschikbaar moeten zijn!!

Groet,

Ad Bakker

PS, misschien een leuk detail. De eerste rekstrookmeting die ik mee heb mogen maken was die tijdens de proefpersing van het kernreactordrukvat voor de Dodewaard centrale bij de RDM, ik dacht in 1968. Daar waren honderden rekstrookjes op aangebracht, waaruit een schat aan informatie beschikbaar kwam.

AD,

Zoals gezegt wil ik in principe gaan meten of er echt een significant verschil aanwezig is bij de liftverhouding lage vleugel/hoge vleugel tussen een hoog en een laagdekker. Mocht dit verschil duidelijk aanwezig zijn, in het stabiele voordeel van de hoogdekker, denk ik dat we de oorzaak hebben gevonden waarom een hoogdekker als stabieler ervaren en dat de bestaande theorie dus ook klopt.
Echter is dit verschil niet of niet genoeg aanwezig zal ik inderdaad een wat uitgebreidere test moeten gaan uitvoeren. Ik zelf heb helaas even geen beeld (meer) van de windtunnel op mijn vroegere middelbare school, dus qua meetmogenlijkheden moet ik jullie even verschuldigd blijven. Als ik t.z.t. meer weet, laat ik dat uiteraard weten hier.

Hans: Super voor de uitleg over hoe het in de F3A ervaren word. Heb je zelf een uitleg over wat de oorzaak is van dit fenomeen? Heb je hier een visie op die al voorbij is gekomen of kunnen we wellicht nog weer wat nieuws leren?

Groeten,

Davy

 

[Hans Meij]

Hans: Super voor de uitleg over hoe het in de F3A ervaren word. Heb je zelf een uitleg over wat de oorzaak is van dit fenomeen?

De post van Marcel legt dat uit. De sideslip-luchtstroming die zowel een effect op de romp als op de vleugel heeft veroorzaakt dit effect. Het kan dus niet verklaard worden mbv de vectoriele ontbinding van krachten zoals in een aantal andere postings is gedaan.

[134929] dwars-stabiliteit-verband-met-hoogte-zwaartepunt-2

 

[bdoets]

Er zijn nu eigenlijk twee afzonderlijke vraagstellingen.
Oorspronkelijk ging het om de vraag: Is een hoogdekker nou echt stabieler dan een laagdekker.
Het lijkt erop dat dit toch wel waar is; alleen niet zozeer vanwege de ligging van het CG (waar Peter zich aanvankelijk mee bezig hield), maar vanwege de luchtstroming rond de romp. Ik ben persoonlijk geneigd om dat nu zonder meer aan te nemen - ook al vanwege wat Hans Meij hierboven vertelde.

Blijft toch nog een beetje de vraag hangen hoe de ligging van het CG de zaak nou beïnvloedt. Johannes heeft een aantal interessante praktijktests gedaan, die aantonen dat in elk geval bij die maatvoering een extreem hoog CG geen invloed lijkt te hebben.
Maar stel dat je het CG tot in het oneindige verhoogt? Er moet toch ergens een punt zijn dat het geheel bij de minste zijdelingse verstoring omkiept?
Ik weet eigenlijk niet of je dat in een windtunnel zou kunnen uitproberen; daar ben ik absoluut niet in thuis.

Wat Johannes met de surprois deed, vond ik boeiend; maar, omdat dit toestel een twee-asser is met duidelijke V-stelling, kan je ook zeggen dat de V-stelling voor een deel dat verhoogde CG elimineert.
Een gedachten-expiriment: stel je doet ditzelfde experiment met een toestel zonder V-stelling, en je zet dat gewicht op een paal van 10 meter. Wat gebeurt er? Rolt het dan tóch om?
En, als het inderdaad omrolt: hoe lang blijft het omrollen als je de het CG telkens een stukje verlaagt?

 

[Flying Davy]

De post van Marcel legt dat uit. De sideslip-luchtstroming die zowel een effect op de romp als op de vleugel heeft veroorzaakt dit effect. Het kan dus niet verklaard worden mbv de vectoriele ontbinding van krachten zoals in een aantal andere postings is gedaan.

[134929] dwars-stabiliteit-verband-met-hoogte-zwaartepunt-2

Ok daar ben ik het ook mee eens. Echter vind ik in mijn boek(over Marcel's boek weet ik het niet zeker) niks terug over de luchtstroom van een laagdekker in slippende conditie. Dus het verschil daartussen is mij op het moment nog onbekend.

Bart: Ik zal is kijken of ik er iets mee kan, al dan niet in de windtunnel. Ik vind dit zeer verrassende en interessante materie, dus wil wel het een en ander uittesten om Peter zijn vraagstelling/theoriën uit te werken.

 

[bdoets]

Echter vind ik in mijn boek(over Marcel's boek weet ik het niet zeker) niks terug over de luchtstroom van een laagdekker in slippende conditie.

Bekijk het plaatje uit Marcel's boek nog eens. Een hoog- en een laagdekker, beide in slippende luchtstroom.

 

[Flying Davy]

Bekijk het plaatje uit Marcel's boek nog eens. Een hoog- en een laagdekker, beide in slippende luchtstroom.

Het plaatje uit Marcel's boek heb ik meerdere keren voorbij zien komen en hetgeen mij daar opvalt, en dwarsligt, is dat de luchtstroom in beide plaatjes anders aanstroomt t.o.v. de romp. Ik zelf denk ook wel dat de plaatsing van de vleugel t.o.v. de romp invloed heeft op de lift op de vleugels, zeker in a-symmetrische vlucht. Alleen om nou te zeggen dat het plaatje uit Marcel's boek voor mij echt het bewijs is, nee dat niet.

 

[bdoets]

Ik begrijp wat je bedoelt... daar heb je wel gelijk in.
Om wat makkelijker te zien waar we het over hebben, die afbeelding nog eens:

Toch, als ik de strepen die de luchtstroming voorstellen wegdenk, en er mijn eigen voorstelling voor in de plaats denk, dan is het gesuggereerde effect nog steeds vrij duidelijk.

 

[bdoets]

Even verder gaand op het vorige (ik zie het plaatje er nu bij, da's makkelijker):
Op dat plaatje is de luchtstroom getekend als komend schuin van onder of boven. Dat klopt niet echt.
Als je je voorstelt dat de zijdelingse stroming min of meer parallel aan de vleugel verloopt (in deze vooraanzichten dus) dan ontstaat er dus in de hoek tegen de vleugel aan (boven- dan wel onder) toch nog steeds een overdruk, die het hier besproken effect zal hebben - stabiliserend voor een hoogdekker, de-stabiliserend voor een laagdekker.

 

[Flying Davy]

Bart: Ik snap helemaal wat je bedoelt te zeggen. En denk ook wel dat dat best is de werkelijkheid zou kunnen zijn.

Jammer genoeg word er in de boeken niet tot in de kleinste details uitgelegt waarom een hoogdekker stabieler is. Alleen dat het een stabiliserend effect is en in het geval van Marcel's boek(eerder versie van het Principles of Flight boek van de Nordian serie trouwens??) een tekeningetje erbij over de aanstroming langs romp en vleugels van de laag en hoogdekker in slippende toestand. Maar niet de uitleg erbij(misschien elders op de pagina Marcel?) wat er precies gebeurt bij beide.

 

[Marcelair]

Hoi, beide tekeningen gaat uit va een zijdelingse verstoring.

Dat kan bijvoorbeeld turbulentie zijn of convectieve luchtstroming, zoals thermiek.

De stroming door de propeller gooit roet in het eten, voor wat de stabiliteit betreft. De
zijdelingse beweging veroorzaakt de 'slip' (gieren = rollen, rollen = gieren).

 

[EricW]

Bij een hoogdekker blijft ook de luchtstroom over de gehele bovenzijde van het profiel laminair, de werkende zijde zeg maar.
Bij een laag dekker alleen de onderzijde van het profiel.
Dit gecombineerd met slip en drukopbouw tegen de romp gevangen onder een vleugel bij een hoogdekker of veel vrijer weglopend bij een laagdekker maakt misschien ook een groot verschil?.

 

[Rhelie]

Hebben wij het nu over modellen of 1 : 1 ? Ik kan mij voorstellen dat er wel verschil is tussen 2 mensen op of onder de vleugel, of een accuutje in de neus.

 

[PH_AJH]

Lees even de allereerste post....we zijn het er hier inmiddels over eens dat dat helemaal niks uitmaakt, mensen bóven of ónder de vleugel. Daar gaat dit draadje juist over.

 

[Neverbrake]

Peter, ik vind het merkwaardig dat je in de figuren 1 t/m 4 het gewicht steeds hebt verdisconteerd, maar dat in de figuren 5 niet hebt gedaan. Had je dat wel gedaan dan zou je een verticale ontbondene te zien hebben gekregen die kleiner is dan L2. Het resultaat laat zich dan raden.

 

[Flying Davy]

Peter, ik vind het merkwaardig dat je in de figuren 1 t/m 4 het gewicht steeds hebt verdisconteerd, maar dat in de figuren 5 niet hebt gedaan. Had je dat wel gedaan dan zou je een verticale ontbondene te zien hebben gekregen die kleiner is dan L2. Het resultaat laat zich dan raden.

Het resultaat gaat dan over V-stelling, precies waar het hier in deze discussie nou juist net niet over ging origineel.
Bovendien is de verticaal ontbondene van het gewicht altijd het gewicht zelf, hoeveel bank het toestel ook aanneemt. In een net gevlogen bocht of een verstoring die in eerste instantie puur en alleen horizontaal is(we praten immers over dwarsstabiliteit) dan zal de totale verticale ontbondene van de lift(dus van L1 EN L2) gelijk zijn aan het totale gewicht. Dus als volgens jou L2 al groter is dan het gewicht(L1 dus buiten beschouwing gelaten) zou het toestel in de posities zoals getekend in tekening 5 al beginnen te stijgen, zelfs na de verstoring. Sorry maar de realiteit is toch echt anders...