Ad Branger

Welkom Gast ( Inloggen | Registreer gratis )

Rating 5

Lift, Drag, Thrust En Gravity

Posted by Ad Branger, 26-12-2005, 11:33 in Lift, drag, thrust en gravity

Lift, drag, thrust en gravity

Er bestaan veel verschillende krachten rondom de vlieger. Vooral de verhouding tussen die krachten speelt een belangrijke rol bij een vlieger. Denk alleen maar aan de verhouding tussen lift en drag. Hoe verhouden zich nu al die krachten rondom de vlieger en is lift inderdaad alleen maar een opwaartse kracht?

De termen lift, drag, en (in mindere mate) thrust en gravity, komen regelmatig voorbij op dit forum. Uit diverse opmerkingen blijkt dat het niet altijd duidelijk is wat er onder die termen verstaan wordt. Als dezelfde krachten dan ook nog verschillende namen blijken te hebben is de verwarring compleet.

1. De belangrijkste krachten op een vlieger

IPB Image

1. Lift
Lift is de kracht loodrecht op de luchtstroom. In de buggy is die luchtstroom bij de vlieger de schijnbare wind. De totale liftkracht is gezien van uit het profiel een verticale kracht. T.o.v. de horizon hoeft dat dus niet altijd opwaarts te zijn. Er is wel altijd een component in de liftkracht die t.o.v. de horizon opwaarts is. In het hoofdstuk “de krachten zijn 3-dimensionaal” wordt dit nader beschreven.

Lift wordt vaak gelijk gesteld aan de trekkracht. De trekkracht is echter de resultante van de vectoren lift en drag. Lift en trekkracht zijn dus niet exact gelijk. Omdat de drag t.o.v. de lift meestal klein is, is de trekkracht bijna gelijk aan de lift. Deze trekkracht wordt ook wel “aërodynamic force” of “pull” genoemd, waarbij pull verwarrend is, omdat de benaming pull ook voor de lijnspanning wordt gebruikt. Zoals in het plaatje te zien is heeft de lift t.o.v. de koorde van het profiel ook een component voorwaarts. Dat zorgt er voor dat de vlieger vooruit komt.

2. Drag
Drag is de weerstand van de vlieger die haaks staat op de lift. De component drag is altijd parallel en tegenovergesteld aan de bewegingsrichting en verder sterk afhankelijk van erg veel componenten als invalshoek, luchtdichtheid, oppervlakte, vorm, lift en snelheid. De totale drag is een optelsom van de parasitaire en geïnduceerde weerstand. De totale drag neemt, net als de lift, in het kwadraat toe in verhouding met de snelheid.
** De parasitaire weerstand bestaat voornamelijk uit de vormweerstand en de wrijvingsweerstand. Bij toenemende snelheid en een toenemende invalshoek neemt de parasitaire drag toe.
** De geïnduceerde weerstand is het gevolg van diverse wervelingen die ontstaan vanwege de luchtstroom rondom de vlieger. Bij toenemende lift neemt deze geïnduceerde weerstand toe en bij toenemende snelheid neemt de geïnduceerde weerstand af. De geïnduceerde weerstand wordt sterk beïnvloed door de Aspect Ratio (slankheid) van de vlieger. Hoe hoger de AR van de vlieger hoe lager de geïnduceerde weerstand zal zijn.
** Deze weerstanden hebben onderling ook weer invloed op elkaar. Dat wordt wel interferentieweerstand genoemd.

3. Thrust
Thrust is de kracht vooruit. Bij een vlieger voornamelijk het gevolg van de voorwaartse component van de liftkracht.

4. Gravity
Gravity is de zwaartekracht, een kracht loodrecht op de aarde, dus meestal onder een hoek met de vlieger. Hier speelt met name het gewicht en de vorm van de vlieger, inclusief toming, een rol.

5. Lijnspanning
De lijnspanning is bij een vlieger een zeer belangrijke verticale kracht t.o.v. het profiel. In feite is het de kracht die wij uitoefenen op de vlieger. De lijnspanning wordt ook wel “tension” of “pull” genoemd. De totale neerwaartse kracht die rechtstreeks tegenover de trekkracht (aërodynamic force) staat is de resultante van het gewicht en de lijnspanning. Omdat het gewicht t.o.v. de lijnspanning meestal relatief klein is, is de totale neerwaartse kracht praktisch gelijk aan de lijnspanning.


2. Centrum van de krachten

Alle krachten zijn vectoren met een bepaalde richting en een bepaalde sterkte. De richting wordt aangegeven met de pijl en de sterkte met de lengte van de pijl. De onderlinge verhouding van de krachten bepaald uiteindelijk de richting en de snelheid van de vlieger. Als de vlieger stil hangt zijn alle krachten met elkaar in evenwicht.

Gemakshalve komen alle krachten in het plaatje bij elkaar in één punt. In werkelijkheid zijn dit verschillende punten. Je zou die punten kunnen omschrijven als evenwichtspunten. Deze punten vertegenwoordigen elk hun eigen specifieke krachten. De belangrijkste zijn:

1. Center of gravity (CoG).
Het gewicht werkt altijd van uit het evenwichtspunt van de vlieger naar het centrum van de aarde. Dit punt wordt ook wel “center of gravity” genoemd.

2. Center of pressure (CoP).
De resultante van de aërodynamische krachten lift en drag werkt van uit een punt dat Center of Pressure (CoP) wordt genoemd. Omdat het CoP niet samenvalt met het Aërodynamic Center (AC) zal deze resultante een rotatie veroorzaken rond het AC punt.

Omdat deze rotatiekracht constant is zal de CoP dicht bij AC zijn als de CoP kracht groot is (bij een grote AoA) en de CoP is ver weg van AC als de CoP kracht klein is (bij een kleine AoA).

Bij een profiel met positief camber ligt het CoP altijd achter het Aërodynamic Center en bij een profiel met negatief camber (reflexprofiel) ligt het CoP voor het AC. Hoe groter de invalshoek hoe verder het CoP opschuift richting het AC. Bij een positief camber schuift het CoP op van de TE naar het AC en bij een negatief camber schuift het CoP op van de LE naar het AC.

3. Toompunten.
De lijnspanning komt samen in de toompunten waar de lijnen zijn verbonden aan de toom.

4. Aërodynamic center (AC).
Als bovenstaande krachten op de vlieger uitgeoefend worden ontstaat er een bepaald aërodynamisch evenwichtspunt: het “Aërodynamic Center”. Op alle profielen ligt het aërodynamic center op een locatie rond de 25% van de koorde.

Dit AC punt is te zien als een punt met een bepaalde kracht met een richting (“arm”) t.o.v. het zwaartepunt van het profiel (CoG). De kracht kan wel veranderen (vanwege de AoA verandering bijvoorbeeld), maar de arm verandert niet. Ofwel de afstand tot het CoG verandert bij een veranderde AoA niet. Het CoG is normaal gesproken het rotatiepunt van een profiel. De lijn van deze rotatiepunten wordt ook wel de “pivot-line” genoemd. Bij een vlieger wordt de pivot-line vooral bepaald door de toming en de toompunten.


3. De krachten zijn 3-dimensionaal

De genoemde krachten lijken in het plaatje 2-dimensionaal, maar in werkelijkheid zijn ze 3-dimensionaal. Als voorbeeld zal ik de liftkracht gebruiken om deze 3-dimensionale verhouding uit te leggen.

Laat je de vlieger recht boven je in het zenith staan en je bekijkt de vlieger recht van voren, dan zie je dat de liftkracht een opwaartse kracht is die loodrecht op de vlieger staat. Er is nu alleen een opwaartse en, bij voortbeweging, een voorwaartse component.

IPB Image

Stap je in de buggy en je stuurt de vlieger naar beneden dan blijkt dat de liftkracht nog meer componenten heeft. Niet alleen een opwaartse en voorwaartse, maar ook (bekijk de vlieger weer vanaf de voorzijde) nog een verticale en horizontale “zijwaartse” component. De totale liftkracht blijft t.o.v. van de vlieger of profiel wel steeds loodrecht. De horizontale liftcomponent wordt bij deze stuurbeweging t.o.v. de verticale component groter en geeft de vlieger een middelpuntzoekende versnelling. De vlieger maakt hierdoor een bocht en/of gaat op zijn zij hangen. De verticale component zorgt er voor dat de vlieger niet op de grond valt.

IPB Image

Ad Branger, december 2005