lift: terug naar de basis

Het zien van dit programma:
Het Klokhuis - Zweefvliegen gemist? Kijk hier de uitzending!
deed een heel oude vraag bij mij weer naar boven borrelen.

Sinds ik me ben gaan interresseren in de theorie achter het vliegen, en dat is al heel lang want ik kan me nog een spreekbeurt hierover herinneren die ik gaf op de lagere school..;-),
is er altijd een vraag blijven hangen waar ik nooit een bevredigend antwoord op heb gevonden.
Ik heb geen uitgebreide theoretische kennis over aerodynamica. Het komt puur voort uit mijn interresse in (model)vliegtuigen.

Het verhaal over de lift eigenschappen van een vleugel, lucht die stroomt heeft een lagere druk dan stilstaande lucht, is welbekend. Dit kan op allerlei manieren worden gedemonstreerd, zoals het blazen oven een papiertje.
Het verhaal van de bolle bovenkant van een vleugel waardoor de luchtmoleculen een langere weg af moeten leggen, dus sneller stromen, dus onderdruk, dus lift is ook duidelijk.

Alleen dit verhaal is geen weergave van wat er in de praktijk gebeurd.
In de praktijk stroomt er geen lucht. De lucht staat stil en de vleugel beweegt door die -stilstaande-lucht. Al ik er dan verder over nadenk worden de luchtmoleculen door de onderzijde van de vleugel relatief onaangeroerd gelaten en wordt de lucht aan de bovenkant een fractie van een seconde 'ingedrukt' omdat die vleugel er langs moet. De luchtmoleuculen aan de bovenzijde van de vleugel bewegen dus heel even naar boven, en vervolgens weer naar beneden.
Maar waar komt die onderdruk dan vandaan?

Goed, hier loop ik dus al meer dan 30 jaar mee rond!
Het moet nu maar eens opgelost worden....

Alvast bedankt voor de reacties!
Groet, Patrick Nanninga

 

heeeey

volgens mij ontstaat die onderdruk als die lucht bovenop de vleugel z'n grip verliest van het oppervlak en dus weer snelheid mindert waardoor er tussen de meebewegende lucht en de stilstaande lucht dus een onderdruk ontstaat die dan uiteraard de vleugel omhoog trekt om, maar dat hoef ik jou niet te vertellen

gr timo

 

Wikipedia heeft hier ook een pagina aan gewijd.

 

Beste Patrick, waar je eigenlijk tegenaan loopt is het feit dat er geen zaken als "stilstaande lucht" bestaan. Snelheden zijn altijd relatief. Wat wij als "stilstaande lucht" beschouwen is niet echt stilstaand. Het lijkt alleen stilstaand omdat wij ons met dezelfde snelheid bewegen als de lucht. In werkelijkheid beweegt het aardoppervlak zich door de aardrotatie en de rotatie van de aarde om de zon en de beweging van het zonnestelsel binnen de melkweg, en ga zo door.
Absolute snelheden bestaan niet (zolang we niet in relativistische omstandigheden verkeren, dan is de lichtsnelheid wel absoluut), alleen relatieve snelheden ten opzichte van een bepaald referentiepunt. Voor ons is dat referentiepunt meestal het aardoppervlak, en wij ervaren geen luchtstroom zolang we stilstaan en de lucht dezelfde beweging heeft als het aardoppervlak (dus meedraait met de aardrotatie). Stromingstechnisch maakt het daarom niet uit of de lucht "stilstaat" en een vleugel beweegt, of andersom. Dat is ook het principe van een windtunnel waarin we de vleugel "stilhouden" en de lucht er langs laten stromen. Dat geeft op zich dezelfde lift eigenschappen als voor een vliegtuigvleugel die beweegt in een windstille omgeving. Het gaat uiteindelijk alleen maar om de relatieve snelheid van de vleugel ten opzichte van de lucht.

Ik hoop dat dit het punt was waar het om gaat. Het blijven altijd moeilijke zaken.

Groet,

Ad Bakker

 

Hoi Ad,

Ik begrijp dat snelheid een relatief begrip is. En ik kan ook geen theoretisch verschil bedenken tussen een bak lucht die beweegt waarin een voor de waarnemer stilstaande vleugel hangt op een een bak stilstaande lucht waar een vleugel doorheen beweegt.

Alleen de gangbare aerodynamische verklaring voor lift is dat 'stromende' lucht een lagere druk heeft dan stilstaande lucht.
Om één of andere reden kan ik die verklaring niet toepassen op onze vleugeltjes. Er stroomt namelijk niets. De lucht 'wijkt' even om de vleugel er langs te laten. Als in een drukke winkelstraat waar een auto doorheen moet. Het wordt even 'extra druk' als die auto passeert.
Dit effect strookt niet met de 'onderdruk' die dan zou ontstaan, toch?

 

als je de vleugel als referentiepunt neemt stroomt de lucht wel degelijk, ook hier hangt het ervanaf wat je als "0" punt gebruikt.

gr

 

Wat je vergeet, is dat het vleugelprofiel door de lucht beweegt in een invalshoek. De luchtmoleculen moeten aan de bovenkant wel iets omhoog, maar gaan vervolgens snel omlaag om bij de achterlijst te komen (=onderdruk); aan de onderkant worden de moleculen omlaag gedrukt.
Die moleculen aan de bovenkant komen dus in een neerwaartse versnelling, en blijven ook nadat de vleugel gepasseerd is even omlaag gaan. Actie=reactie, de vleugel ondergaat dus een kracht omhoog.

Jij hebt duidelijk de lifttheorie ooit geleerd volgens Bernouilli (net als ik); deze baseert zich volledig op de drukvermindering aan de boven- en drukvergroting aan de onderzijde. Zelf heb ik hier ook altijd wat moeite mee gehad, een paar gedragingen van vleugels kon ik hier niet mee rijmen.
Nog niet erg lang geleden zijn op deze theorie wat verfijningen aangebracht. Newton is erbij gehaald, en iets dat bekend staat als het Coanda-effect http://www.av8n.com/how/htm/spins.html#sec-coanda-tissue.
Ik zou er wel meer over kunnen vertellen, maar ik ben ook maar een goedwillende amateur en het is op allerlei plekken op internet al prima uitgelegd. Behalve de hierboven al gelinkte Wikipediapagina (Wikipagina?) is dit ook een goeie: See How It Flies al is deze wel heel erg uitgebreid zodat je wat meer moet zoeken om precies te vinden wat je zoekt (gebruik de index).

 

Er zijn meerdere verklaringen voor de lift die een vleugel levert.

Een toestel met een vleugel die vleugelprofiel met vlakke onderkant en bolle bovenkant heeft, zou volgens het principe van lage druk aan de bolle bovenzijde van het profiel nooit op zijn kop kunnen vliegen. De lift zou naar beneden zijn gericht en de zwaartekracht een handje helpen...

We hebben allemaal al eens ervaren dat een toestel met een vlak profiel aan de onderzijde prima op z'n kop kan vliegen.

De eerste (echte) vliegtuigen hadden een heel dun profiel dat aan de onderzijde net zo hol was als de bovenzijde bol. Die vlogen ook.

Er is dus meer...

 

Er zijn inderdaad 2 oorzaken voor lift:

1) De invalshoek.
Dit werkt voor ieder profiel, ook een vlakke plaat.
Omdat de vleugel "scheef" in de lichtstroom staat wordt deze omhoog gedrukt.

1) Het venturi effect van het profiel.
Dit is de wet van Bernoulli, die in het kort zegt: statische druk + snelheidsdruk is constant.
Dus gaat lucht sneller, dan wordt de statische druk lager.
Maak je het profiel van een vleugel dus gewelft dan gaat de lucht boven de vleugel sneller als de lucht onder de vleugel (lucht moet boven een omweg maken) en krijg je lift.
In de natuur maken vogels ook gebruik van dit principe.
Veel van de pioniers vliegtuigontwerpen probeerden vogel (of vleermuis) vleugels te copieren.
Wil je dit effect eens testen als experiment doe dan het volgende:
neem een glas water en doe daar rechtop een doorzichtig slangetje of rietje in.
Neem een tweede rietje en blaas lucht over de opening van het rietje/slangetje in het glas (dus 2 rietjes haaks op elkaar met enkelen milimeters speling tussen de rietjes)
de lucht boven het rechtopstaande rietje wordt nu versnelt, dus de statische druk in het rietje daalt.
Het water in het rechtopstaande rietje zal stijgen en als je hard genoeg blaast door de kamer sproeien.
Je pompt het water dus uit het glas door te blazen i.p.v. te zuigen!
Op dit principe werkt de carburateur van een verbrandingsmotor.

groeten Willem

 

Patrick, als luchtmoleculen zich verplaatsen (of zoals jij dat noemt "wijken" dan is de enige reden dat ze dat doen een drukverschil. Dus dat "wijken" is wel degelijk stroming in de betekenis die wij daaraan geven.

Groet,

Ad

 

Een vliegtuig vliegt dankzij Bernoulli en Newton.

Newton zegt: actie is reactie. Een vleugel heeft een hoek t.o.v. de lucht waar de vleugel doorheen beweegt. Er komt lucht tegen de onderzijde van de vleugel die wordt naar beneden afgebogen. Volgens Newton zorgt dat voor een tegenovergestelde kracht die de vleugel optilt.

 

Het blijft ook altijd heel instructief om in een rijdende auto je vlakke hand uit het raampje in de luchtstroom te houden, in verschillende invalshoeken...

 

Het gaat niet om 'stromende lucht', want dan heb je meteen het relativiteitsprobleem te pakken (zonder de Einsteinse interpretatie te bedoelen).

Het gaat om de lucht die door de vleugel beïnvloed wordt tov. de lucht die dat niet meer wordt.

Er spelen drie effecten, twee daarvan komen neer op de toepassing van de wet van Bernoulli, de derde is simpele toegepaste Newtoniaanse natuurkunde.

1. Bernoulli: langere weg verklaring
Als de luchtstroom een profiel raakt, moet het eromheen. Er is een punt aan te wijzen waar de lucht kiest voor 'eroverheen' of 'eronderdoor'. Dat punt is niet (altijd) de profiel-/vleugelneus. Het beweegt zich ergens tussen 0% en 5% van de vleugelkoorde aan boven of onderkant van de vleugel.
Bij een positieve aanstromingshoek (vleugelneus hoger dan achterlijst) zit dat punt aan de onderkant van de vleugel achter, bij een negatieve hoek aan de bovenkant.
Alleen door de invalshoek te veranderen verander je dus de ligging van het 'splijtpunt' en daarmee de weg die die lucht onder- of bovenlangs moet afleggen. Hierdoor kan ook bij een symmetrisch profiel de weg bovenlangs langer worden dan onderlangs.
Verder moeten we ons realiseren dat alles (ook lucht) 'traag' is. Dwz. het kost moeite en tijd om iets een snelheids- of richtingsverandering te geven. Anders gezegd 'iets' blijft het liefst op de plek, snelheid, richting waar het zich bevindt.
Gesteld dat de weg bovenlangs langer is, dan zal die lucht moeten versnellen om die weg af te leggen. Die lucht wil dat niet, maar moet vanwege die aanstormende vleugel. De lucht wijkt uit naar boven en weer terug (zelfs meer naar beneden), moet die omweg maken ....
Daardoor wordt die lucht ahw. uitgerekt over het langere traject. Dat moet vanwege de traagheid nog steeds met dezelfde hoeveelheid lucht: de druk daalt. Het is maar een heel dun laagje, want de lucht erboven zal door die drukdaling naar beneden willen gaan. Maar ja, die traagheid, het duurt even ...
Gevolg: de druk (vlak) boven de vleugel daalt tov. van de druk onder de vleugel.
2. Versnelling/afbuiging
Een vleugel buigt de luchtstroom af. Bij normale (positieve) lift heeft de lucht achter de vleugel een snelheid naar beneden gekregen. Ook hierbij speelt de wet van de traagheid. De plek van de naar beneden verplaatste lucht moet opgevuld worden, maar dat gebeurt 'traag', en in die korte periode (milli- resp. micro-seconden) is er een iets lagere druk.
3. Versnelling/afbuiging Newtoniaans
Om die lucht naar beneden te versnellen/af te buigen moet er op die lucht een kracht worden uitgeoefend. Dat doet de vleugel uiteraard. Meneer Newton heeft ooit eens keurig aangetoond dat als het ene voorwerp een kracht op het andere voorwerp uitoefend, het 'andere voorwerp' een evengrote maar tegengestelde kracht op het 'ene voorwerp' uitoefent. In de wandelgangen noemen we die wet 'actie = reactie'.
De vleugel oefent dus een naar beneden gerichte kracht uit op de lucht (waardoor die naar beneden versnelt), en dus oefent die lucht een even grote kracht op de vleugel uit, naar boven gericht.

Deze drie effecten houden onze kisten in de lucht.

N.B.
Bedenk dat het laagje waarin die drukverschillen optreden maar heel dun is. In wezen is het de zgn. grenslaag. En die is rond de profiel neus maar enkele 100ste mm dik, en achteraan hooguit 2 - 3 mm dik.
In wezen heb je te maken met een stukje lucht dat door de traagheid is afgeschermd onder een lagere druk wordt gebracht.

Gr. Dirk

 

inderdaad, en ikzelf vergelijk het ook weleens met een slang die recht is, een halve (of nog vlakkere) bocht heeft, en dan weer recht is. als hier hard water doorheen stroomt,
zal in de bocht een kracht naar de buitenbocht ontstaan, maar in de bochtjes voor en achter de bocht een in totaal tegengestelde kracht net zo goed (0 resulterende lift). als je nu die 2 kleine bochtjes voor en achter de grote bocht vlakker maakt (invalshoek en afbuiging na de vleugel vgl.) is de hoofdbocht het sterkst qua kracht en is er lift ;p © mayaku ;p

 

Nou jongens, wat een reacties! Bedankt.

Het wordt me wel duidelijker dat enkel het bernouilli-effect niet het hele verhaal is.
Het verwarrende van deze theorie is dat ie altijd uitgelegd/gedemonstreerd kan worden door over een papiertje te blazen (het blaadje gaat omhoog), tussen twee blaadjes door (ze plakken samen), of inderdaad het rietje in een glas water.
Verwarrend omdat bij een vleugel de lucht langs beide kanten gaat en niet slechts aan een zijde.
Verwarrend vindt ik hem ook omdat de theorie van de 'langere weg of uitgerekte lucht' gaat over lucht die wel plaats moet maken voor een vleugel. Je zou dus verwachten dat de lucht wordt 'ingedrukt' en dus een hogere druk krijgt.
Kortom, ik kan de theorie begrijpen maar een lekker goedlopend en kloppend gedachtenexperiment blijft lastig.

Heel verhelderend vind ik het idee dat lucht een massa en dus traagheid heeft. De lucht heeft dan dus moeite om het laatste 2/3 deel van de vleugel te volgen, dus onderdruk. Bovendien schiet de lucht wat door dus actie/reactie.
Mijn grootste denkfout zit hem misschien wel in het denken in horizontale sroming over een vleugeloppervlak, terwijl het lift-effect feitelijk door een verticale beweging van de luchtmoleculen rond een vleugel ontstaat.
Ik ga de linkjes nog een rustig doornemen!

Nogmaal dank!
Groet, Patrick

nb. Ik durf het bijna niet de vragen.....;-)
Wat ik ook zo'n lastige vind....:
Als een vliegtuig aan z'n vleugel omhoog 'gezogen' wordt, dan grijpt dat zuigende effect aan op de oppervlakte van die vleugel,toch?
Als deze vleugel een open ribbenconstructie heeft, met flinterdunne oracover, waarom wordt die oracover dan niet van de ribben afgetrokken?

 

Natuurlijk zit die Oracover wél vastgeplakt. Bovendien, gegeven het gewicht van het toestel, zal pakweg 1/3 gedragen worden door de lift die aan de onderzijde wordt opgewekt, en de resterende 2/3 door de bovenkant. Als je dat gewicht (laten we zeggen 400 gram voor een zwevertje van 6 ons) nu deelt op het aantal centimeters waarover de Oracover geplakt zit, met name rondom alle open vlakken, dan krijg je volgens mij een belasting per cm lijmnaad die heel gering is.

Ik denk inderdaad dat een vleugel bespannen met boterhamzakjesplastic dat alleen gelijmd zit bij de voor- en de achterlijst, een stuk minder zal vliegen.

 

Ooit gemerkt hoe goed Oracover vast zit?

De bij ons gangbare zwevers vliegen doorgaans met een vleugelbelasting van 30 tot 60 gram per dm2. Dat is het gewicht van 1 à 2 'zware' brieven over het oppervlak van zo'n enveloppe. Bijna niets dus. In ieder geval veel minder dan de kracht die je nodig hebt om oracover er vanaf te trekken ...

Dirk.

 

Eerst even reageren op het 'stromende lucht' probleem.
Peral, jij denkt als waarnemer 'op de grond'. Probeer eens te denken als waarnemer 'op het vliegtuig'. Je bent een heel klein mannetje dat zich staande weet te houden op de vleugel. Echt wel dat de lucht (die je op de grond nog stil vond staan) voorbij stroomt! Ik hoop dat dit verhelderend werkt.

Dan even over het 'omhoog zuigen' van een vleugel. Dat is een heel veel gebezigde term, maar is in mijn ogen niet correct. Druk kan niet negatief zijn, dus de lucht boven de vleugel kan nooit zuigen door negatieve druk (wat wel vaak geciteerd wordt). Druk is altijd positief, alleen is hij boven de vleugel wat minder positief dan onder de vleugel. Het gaat om het drukverschil. Als de lucht onder de vleugel harder tegen de vleugel duwt dan de lucht boven de vleugel krijg je een kracht omhoog: lift.

 

Ja natuurlijk... stom van me...

 

Jullie hebben natuurlijk gelijk. Ik ging er eigenlijk vanuit dat als je het toestel aan z'n oracover zou optillen, dat er dan iets mis gaat. Waarschijnlijk is dat niet zo en bovendien is het maar een deel van het gewicht wat op de bovenkant aangrijpt...