Ad Branger

Welkom Gast ( Inloggen | Registreer gratis )

Rating 5

Efficiency En Snelheid

Posted by Ad Branger, 29-12-2009, 10:08 in Efficiency en snelheid

EfficiŽntie en snelheid

Racematrassen zijn enorm populair en niet in de laatste plaats omdat ze garant zouden staan voor topsnelheden. De topsnelheid van een intermediate matras zal inderdaad nooit uitkomen boven die van een racematras met dezelfde oppervlaktemaat, gelijkblijvende windkracht en onder dezelfde omstandigheden, maar de uiteindelijke prestatie en snelheid van een vlieger ligt natuurlijk niet alleen aan de vlieger.

Belangrijke factoren als de wind (vlagerig of constant, veel of weinig), het strand (mul of een keiharde plaat), de buggy (gewicht, banden, etc.) spelen ook een grote rol. En misschien wel de grootste rol spelen je buggykwaliteiten. Werkt ťťn van deze factoren niet mee, dan kun je een goede prestatie of een hoge snelheid wel vergeten. Een verandering van je vliegerkeuze zou dan wel eens uitkomst kunnen bieden.

Het is verder een feit dat een racematras of een intermediate matras pas echt zijn kwaliteiten kan laten zien in lastige situaties. Denk aan hoog aan de wind of downwind rijden. Bij het rijden van een rakje op halve wind is het verschil in kwaliteit tussen deze twee categorieŽn al heel wat minder duidelijk waar te nemen.

Schijfwielen kunnen onder bepaalde omstandigheden de efficiency van de buggy-vlieger
combinatie positief beÔnvloeden. (Benjamin Bartholomeus, Europees kampioen 2007, Pembrey).




Lift/drag ratio of glijgetal

Welke theoretische factoren zijn nu van invloed op de snelheid van een vlieger bij het gebruik ervan in de buggy? Kort gezegd komt het neer op de verhouding tussen de hoeveelheid liftkracht (L=lift) en de hoeveelheid weerstand (D=drag). Bij paragliders en vliegtuigen worden ook vaak de termen glijgetal of finesse in plaats van L/D ratio gebruikt. De getallen zijn echter exact hetzelfde.

Een glijgetal van 40 of 1:40 voor een zweefvliegtuig betekent dat het zweefvliegtuig over een lengte van 4000 meter 100 meter zal dalen. Om dat glijgetal te kunnen bereiken zal de drag van dat zweefvliegtuig 40 maal kleiner moeten zijn dan de lift. Zijn L/D ratio is dan ook 40.

De Airwave Magic FR3, 5,5 kg stof en lijnen, barstensvol techniek, heeft een
Aspect Ratio van 8.0 (geprojekteerd 5.5) en een glijgetal van maar liefst 11.9.



De Lift/Drag ratio bepaalt ook hoe efficiŽnt een vlieger is. Als we de volledige formules voor zowel de liftkracht als de drag invullen, dan zien we dat bijna alle factoren van die formules tegen elkaar weg te strepen zijn. Het komt er uiteindelijk op neer dat de L/D ratio gelijk is aan de verhouding tussen de liftcoŽfficiŽnt en de dragcoŽfficiŽnt. Hoe hoger de L/D ratio, hoe efficiŽnter de vlieger is, des te sneller hij kan vliegen. Die waarde is afhankelijk van veel factoren. Het zijn allemaal factoren die invloed hebben op de liftcoŽfficiŽnt en de dragcoŽfficiŽnt. Sterker nog, ze hebben altijd tegelijkertijd invloed op zowel de een als de ander.


De belangrijkste factoren voor de Lift/Drag ratio

1. Aspect Ratio

Een zeer belangrijke parameter is de Aspect Ratio. Een hogere AR geeft allereerst minder geÔnduceerde weerstand. Maar de AR heeft ook invloed op de liftcoŽfficiŽnt. Als de AR hoger wordt, dan zal de liftcoŽfficiŽnt ook groter worden. Het gevolg is dat de L/D ratio zal stijgen.

Jojo RM+ serie met een hoge Aspect Ratio van 5.2-5.5.



2. De vorm en dikte van het profiel

De tweedimensionale vorm van het profiel, de dikte, de locatie van het dikste punt en vooral het verloop van de camberlijn zijn van grote invloed op zowel de liftcoŽfficiŽnt als de dragcoŽfficiŽnt. Ook de driedimensionale vorm van het profiel, in feite de platte vorm van de vlieger (elliptisch, rechthoekig, etc.) heeft een sterke invloed op de L/D ratio. In theorie is een dun en symmetrisch profiel in een elliptisch gevormde vlieger het meest efficiŽnt. Het zal duidelijk zijn dat daar ook nadelen aan verbonden zijn. De gevoeligheid voor stallen neemt toe, de stabiliteit kan beter, etc. Voegen we omwille van de stabiliteit echter meer reflex toe aan de camberlijn, dan zal de maximale liftcoŽfficiŽnt afnemen en de dragcoŽfficiŽnt licht stijgen. Een lagere L/D ratio is het gevolg.

Profieldikte en hoeveelheid camber zijn van invloed op de L/D ratio.



3. Weerstand algemeen

Denk hierbij aan alle factoren die de weerstand beÔnvloeden. Dus behalve de geÔnduceerde weerstand ook de vorm- en wrijvingsweerstand van het profiel, de toming, de lijnen, etc. Het spreekt voor zich dat de efficiŽntie zal toenemen als de weerstand zal dalen.


4. De invalshoek

De invalshoek is voor een gunstige L/D verhouding van groot belang. De invalshoek zal bij de eerste graden de L/D ratio flink laten stijgen. Afhankelijk van de vlieger en zijn profiel zal de L/D ratio vervolgens bij een invalshoek vanaf ongeveer drie tot vier graden enorm dalen. De invalshoek moet dus vooral niet te groot zijn, maar helemaal nul is (afhankelijk van het profiel) ook niet de meest efficiŽnte werkwijze.
We merken dit in de buggy heel goed. Het aanhalen van de remlijnen zal er bij veel racematrassen toe leiden dat er een kleine hoeveelheid extra power wordt geleverd. In feite verandert de werkelijke (of geometrische) invalshoek hierdoor niet, maar het camber van het profiel wordt door het aanhalen van de remlijnen wel iets groter. Het vergroten van het camber heeft tot gevolg dat de aŽrodynamische invalshoek groter wordt. Door de remlijnen iets aan te halen, zorg je bij veel racematrassen voor de piek in de L/D ratio.

Een grafiek die de piek in L/D ratio van een zweefvliegtuig toont.
Bij een iets grotere invalshoek daalt de efficiency snel.




Hoe efficiŽnt zijn onze vliegers?

Als we de bovenstaande factoren bekijken in het licht van de eigenschappen van onze vliegers, zal het duidelijk zijn dat racematrassen als de Jojo RM+ of de Ozone Yakuza meer eigenschappen bezitten die de efficiŽntie ten goede komen dan intermediate matrassen als de Peter Lynn Reactor of een U-Turn Butane.
Maar in feite zijn onze vliegers op aŽrodynamisch gebied helemaal niet erg efficiŽnt. Een beetje racematras komt slechts aan een L/D ratio van ongeveer vijf tot zeven. Vergelijken we dit getal met dat van een paraglider (7-11), een Boeing 737 (15-17) of een zweefvliegtuig (40-60), dan komen die er met hun L/D ratio een stuk beter van af.

Onze vliegers worden weliswaar steeds efficiŽnter, maar door de combinatie met een buggy wordt de totale efficiŽntie van die combinatie negatief beÔnvloed. Door de enorme weerstand van de buggy en de buggyrijder zal de efficiŽntie van de combinatie vlieger/buggy voorlopig nog ver achter blijven bij wat de vliegers solo in huis hebben.

De Schempp Hirth Nimbus 3D met een AR van 35,9 heeft een L/D ratio van 57.



EfficiŽntie en de relatieve snelheid van de buggy

Een buggy is in staat om harder te rijden dan de snelheid van de werkelijke wind. Deze relatieve snelheid is afhankelijk van de efficiŽntie van de combinatie buggy en vlieger, maar uiteraard ook van allerhande externe factoren zoals ik ze genoemd heb (buggykwaliteiten, strand, etc.). Op dit moment ligt de maximale relatieve snelheid ergens tussen de 2.0 en 2.4. Dat wil zeggen dat we onder optimale omstandigheden maximaal 2.4 maal de snelheid van de werkelijke windkracht kunnen behalen.

In de praktijk wordt een factor van 2.4 met een buggy echter zelden behaald. Zelfs bij de recordsnelheid van Arjen van der Tol op het Ďdryí Lake Ivanpah in april 2009 met de Libre Spirit 3.3 bleef de factor onder de 2.0 steken. De windsnelheid, voor zover bekend, lag tussen de 65 en 75 km/uur en de recordsnelheid kwam uit op 124 km/uur. De bijbehorende factor komt dan uit op 1.7 tot 1.9.
Die 2.4 is op dit moment misschien nog een theoretisch maximum voor in de buggy, maar het getal zal in de toekomst ongetwijfeld hoger worden. Zowel de buggybouwers als vliegerontwerpers zijn er druk mee bezig om dat getal omhoog te krijgen.

Dat de wind tot meer in staat is, bewijzen de efficiŽntere strandzeilwagens en zeilboten al jaren. Die hebben al geen moeite meer met een getal van rond de 3.0 en zelfs hoger. Op 26 maart 2009 werd op het dry Lake Ivanpah (California) de hoogste snelheid ooit behaald met een slechts door de wind aangedreven landvoertuig. De Ďzeilwagení Ecotricity Greenbird, bestuurd door de Engelsman Richard Jenkins, behaalde een snelheid van maar liefst 202.9 km/uur. De windsnelheid is van dat moment niet exact bekend, maar hij wordt geschat op ongeveer 55 km/uur. De bijbehorende factor komt dan uit op 3.7.

Ecotricity Greenbird: 202,9 km/uur zonder 1 druppel benzine...


In onderstaande grafiek zie je met een rode lijn de relatieve snelheid van een bepaalde zeilboot aangegeven ten opzichte van de snelheid van de werkelijke wind. Op de X-as wordt met de letter β de hoek aangeduid tussen de koers van de boot en de schijnbare wind. Hierbij is de Vsmax de maximale snelheid van de zeilboot (Velocity Sailcraft maximaal) en de Vt de snelheid van de werkelijke wind (Velocity True wind). Als de zeilboot efficiŽnter wordt, zal de hoek β kleiner kunnen worden en wordt de relatieve snelheid ten opzichte van de werkelijke wind hoger. Een getal van 3.0 is voor deze zeilboot prima haalbaar.

De rode lijn geeft de relatieve snelheid weer als functie van de hoek β
(β = hoek tussen de koers van de zeilboot en de schijnbare wind).




Een ander licht op efficiŽntie

Racematrassen zijn in de basis efficiŽnter dan intermediate matrassen. Dat heeft zowel voor- als nadelen. Hieronder wordt de invloed belicht die een hoge efficiŽntie heeft op de trekkracht, de stabiliteit, de gekozen maat en de mogelijkheid om met een dergelijke vlieger te kunnen springen.


1. EfficiŽntie en trekkracht

Gezien de relatief lage efficiŽntie van onze vliegers valt er nog wel iets te winnen in de toekomst. Maar willen we dat wel? Er is namelijk bij de efficiencytheorie wel een maar: de vlieger kan ook te efficiŽnt zijn. De buggy heeft namelijk veel weerstand, er is dan ook veel kracht nodig om de buggy voort te bewegen. Bij het buggyrijden hebben we te maken met het fenomeen schijnbare wind. De combinatie buggy-vlieger zal altijd een aan-de-windse-koers rijden ten opzichte van de schijnbare wind (behalve op een koers waarbij je de wind precies in de rug hebt). Het gevolg is dat de vlieger altijd in de buurt van de rand van het windvenster staat.

Nadeel van de rand van het windvenster is dat daar minder liftkracht zal worden opgewekt. Het is mogelijk dat die liftkracht daar te weinig is om de buggy bij het hoger aan de wind rijden nog voldoende vooruit te kunnen krijgen. Als de vlieger efficiŽnter wordt, zal zijn windvenster ook groter worden. Hoe groter het windvenster, des te minder windkracht aan de rand van dat venster. Minder windkracht zorgt voor minder liftkracht. Die kracht zou weleens tekort kunnen schieten om de buggy voort te bewegen.

Dit effect zie je heel goed in de kitesurfwereld. Een kiteboard heeft nog meer weerstand in het water dan onze buggyís op het strand. Er is erg veel trekkracht nodig om zoín kiteboard voort te trekken en hem hoogte te laten lopen. Het is dan ook heel goed mogelijk dat je met een minder efficiŽnte vlieger uiteindelijk beter hoogte kan lopen dan met een heel efficiŽnte vlieger. De te efficiŽnte vlieger is niet meer in staat om de trekkracht op te brengen die nodig is om het kiteboard hoog aan de wind te laten varen. Dat lijkt tegenstrijdig met de efficiŽntietheorie. Het is een mooi voorbeeld van een verschil tussen de theorie, waarbij efficiŽnter altijd beter lijkt, en de praktijk, waarbij gewoon domme kracht nodig is om de weerstand te overwinnen.

Een kitesurfer heeft relatief veel weerstand op het water.



2. EfficiŽntie en stabiliteit

Opperste efficiŽntie blijkt dus niet altijd een heilig moeten. Denk hierbij ook aan de geringere stabiliteit van een racematras.

De zelfbouw Warp 5.7 uit 1998/1999 van Gene Matocha is een mooi voorbeeld van een zeer efficiŽnt matras waar gewoon moeilijk mee te rijden was. Alle eigenschappen waren aanwezig om hem efficiŽnt te laten zijn. Het al zeer dunne profiel, met een hoogte van 15,5%, werd ook zeer dun gehouden door gebruik te maken van maar liefst 48 cellen. Verder een AR van 4.8 en de warp werd gebouwd met 31 grams Icarex. Helaas bleek hij in de bocht nauwelijks in de lucht te houden, downwind bijna onmogelijk te gebruiken en was hij zeer gevoelig voor vlagerige wind.

In feite is die stabiliteit de belangrijkste reden dat buggyrijders met een groot hart met windkracht acht liever een kleine Buster, Joy of tegenwoordig een Reactor pakken dan een Jojo RM+ van twee meter met een AR van 5.2Ö

Lees hier meer over racematrassen en stabiliteit.

De Warp, zeer efficiŽnt, maar niet eenvoudig om mee te rijden.



3. EfficiŽntie en het verschil in gegenereerde kracht

Een intermediate matras is voor wat betreft zijn kracht niet helemaal te vergelijken met een racematras. Je zou kunnen zeggen dat er in een racematras een zwaardere motor zit dan in een intermediate matras. Vanwege een betere L/D ratio zal de racematras niet alleen beter in staat zijn hoog aan de wind te kunnen vliegen, maar ook minder moeite hebben met het ontwikkelen van een hoge snelheid. Een hogere snelheid betekent ook een hogere liftkracht. De liftkracht neemt immers evenredig toe met de snelheid in het kwadraat.

Een gevolg van dit feit is dat je de maatvoering niet een op een kunt vergelijken. Een vier meter racematras is krachtiger dan een vier meter intermediate vlieger. Voor een goed vergelijk in kracht en prestatie heb je misschien wel een vijf meter intermediate nodig.

Een intermediate van een bepaalde maat kun je zodoende nog bij een hogere windkracht gebruiken dan een racematras met dezelfde maat. Je zou ook kunnen zeggen dat je met een racematras bij een oplopende windkracht dus eerder overpowered bent dan met een intermediate van dezelfde maat. Andersom kun je een racematras van een bepaalde maat al bij een lagere windkracht gebruiken dan een intermediate met dezelfde maat.

Een Reactor van 2 meter is langer te houden dan een RM+ van 2 meter.



3. EfficiŽntie, de maat vlieger en koersvastheid

Een grotere uitvoering van een gelijkblijvend model vlieger zal een hogere liftkracht genereren. De zijwaartse kracht die door een te grote vlieger ontstaat heeft als gevolg dat je zal afvallen. Bij verschillende koersen heeft dat een verschillend effect. De hoogste efficiŽntie en snelheid bereik je op een koers die zich bevindt op ongeveer 110į ten opzichte van de wind.

Op alle koersen die hoger aan de wind zijn dan deze ďhoogste-snelheid-koersĒ zal het afvallen, als gevolg van een te grote vlieger, er voor zorgen dat de snelheid zal toenemen. Dat versnellen gaat slechts door tot je afgevallen bent tot aan de ďhoogste-snelheid-koersĒ. Ben je daar echter voorbij, dan zal de snelheid weer afnemen. Omdat je met een te grote vlieger de ďhoogste-snelheid-koersĒ niet kunt vasthouden zal je niet in staat zijn om naar de "hoogste snelheid" te accelereren. Hoe dan ook zal een te grote maat vlieger in alle gevallen dus een sterk verminderde koersvastheid van de buggy veroorzaken. Een te grote maat vlieger zal op deze manier altijd minder efficiŽnt werken.

Bijkomend risico is dat de vlieger, zeker in handen van onervaren buggyrijders, een oncontroleerbare en dus gevaarlijke situatie opleveren. Aan de rand van het windvenster is het misschien nog allemaal te doen, maar zodra de te grote vlieger naar het midden van het windvenster opschuift kan de situatie oncontroleerbaar worden.

De hoogste efficiŽntie bereik je op een koers die zich bevindt
tussen halve wind en ruime wind.




5. EfficiŽntie en het vermogen om te accelereren

Hoe hoger de efficiŽntie van een matras, hoe meer meters er nodig zijn om de uiteindelijke topsnelheid van de vlieger-buggycombinatie te halen. Met een intermediate matras kun je bij een lagere snelheid en/of op kortere afstanden in theorie veel sneller accelereren. Dit sneller accelereren op lage snelheden en kortere afstanden heeft wel gevolgen voor de topsnelheid. Vanwege een toenemende vorm- en wrijvingsweerstand (parasitaire weerstand) en een minder gunstige geÔnduceerde weerstand zal de topsnelheid van een intermediate matras lager zijn. Bijkomend nadeel van een minder efficiŽnt matras op een hoge snelheid kan zijn dat je sneller overpowered raakt en hierdoor de ideale hoek met de wind (ongeveer 110 graden) niet kan aanhouden.

Om zijn maximale prestatie te kunnen leveren heeft een zeer efficiŽnt matras dus meer ruimte nodig dan een intermediate matras. Het is daarom niet verwonderlijk dat er in buggywedstrijden soms bijzonder goede resultaten bereikt worden met intermediate matrassen. Bij het vele bochtenwerk en de relatief korte rakken zijn deze vliegers in de praktijk nu eenmaal vaak beter in staat sneller te accelereren dan hun efficiŽntere broers.

Buggywedstrijd met korte rakken? Een intermediate is zo gek nog nietÖ



6. EfficiŽntie en springen

Kun je met een efficiŽnte vlieger goed springen? Vliegers die erg efficiŽnt zijn, zijn dus ook snel. Ze zijn zo vlot, dat ze ook snel aan de rand van het windvenster staan. Daar is hun trekkracht weer veel minder. Zo lang je ze maar in het midden van het windvenster weet te houden, zou je er best goed mee kunnen springen. Dat is echter bijzonder lastig. Hierdoor zijn ze niet of in elk geval veel minder geschikt om mee te springen.

Vliegers die in verhouding erg veel drag hebben zijn ook niet bijzonder geschikt. Denk aan een Nasawing: heel veel drag, heel veel trekkracht, maar door die drag totaal niet efficiŽnt en dus relatief langzaam. Helaas ook niet de ultieme vlieger om mee te springen.

Voor wat betreft efficiŽntie moeten we ergens in het midden uit zien te komen. Ze moeten lekker veel lift hebben maar ook genoeg drag om te voorkomen dat ze te snel worden. Denk bijvoorbeeld aan een Blade of een Crossfire. Lekker stabiel en geschikt om mee te springen. Nog mooier wordt het als de vlieger depowerbaar is zoals veel Arc-achtige vliegers, de Ozone Acces, veel Flysurfer modellen, etc. Dan wordt het springen veel beter controleerbaar. Met depower kun je op het juiste moment immers prima de hoeveelheid kracht en snelheid regelen.

Lees hier meer over springen met een vlieger.


Ten slotte

Belangrijkste nadeel van zeer efficiŽnte vliegers is dat ze minder stabiel zijn. Het vereist een hogere mate van oplettendheid en kwaliteit van de buggyrijder om er goed mee te kunnen rijden. Het voordeel is dat er hoger mee aan de wind te rijden is en dat ze wat betreft snelheid een versnelling meer in huis hebben dan intermediate matrassen. Bij vlagerige wind, downwind rijden en weinig buggy-ervaring is een racematras niet altijd de beste keus.

Intermediate matrassen zijn door hun eigenschappen minder efficiŽnt en zullen het met name bij het hoger aan de wind lopen minder goed doen dan racematrassen. Voordeel is wel dat ze merkbaar stabieler zijn, wat vooral bij veel en/of vlagerige wind een gunstige eigenschap is. Een stuurfout wordt met een dergelijke vlieger minder snel afgestraft. Zeker voor minder ervaren buggyrijders een prima alternatief.

Het maken van een keuze tussen een racematras en een intermediate werd op treffende wijze samengevat door een mooie uitspraak van Michel Dekker: ďIk durf wel te beweren dat 50 procent van de mensen die zogenaamde racematten kopen, beter af zouden zijn met een intermediate. Een vlieger moet je niet bang maken, je moet er het maximale uit kunnen halen. Als je denkt dat bereikt te hebben, moet je overstappen.Ē

Ad Branger, oktober 2007

Laatste toevoegingen: april 2009



Dit artikel is in 2008 in het blad Vlieger gepubliceerd. Het overnemen van teksten of afbeeldingen is niet toegestaan zonder toestemming.



Comments

There are no comments on this entry


 
« Next Oldest · Ad Branger · Next Newest »