sciencetalk

We weten allemaal dat het vliegtuig zich afzet tegen de lucht.

ZVdP schreef:We weten allemaal dat het vliegtuig zich afzet tegen de lucht.

dit is een vaak voorkomend misverstand, het staat vast nog wel ergens op het forum uitgelegd: een vliegtuig zet zich niet af tegen de atmosfeer, wel tegen de lucht die uit uitstoot en dat is een wereld van verschil

Hoe vliegt een vliegtuig?

Een vliegtuig, in de klassieke zin, kan vliegen doordat het een voorwaartse snelheid heeft. De belangrijkste reden is te verklaren uit de wetten van Newton, actie geeft reactie. De luchtstroom wordt achter de vleugel neerwaarts gericht en de vleugels, met het vliegtuig samen, ondervinden een tegengestelde (opwaartse) kracht. Daarnaast stroomt de lucht door die snelheid snel over de vleugels heen. Door de aërodynamische vorm van de vleugels (de vleugel heeft meer welving aan de bovenkant dan aan de onderkant) is de snelheid van de luchtstroom over de bovenkant van de vleugel groter dan die over de onderkant. Hierdoor ontstaat aan de bovenkant van de vleugel een onderdruk (het principe van Bernoulli) die mede een kracht in opwaartse richting veroorzaakt, de zogenaamde lift of draagkracht. Deze lift compenseert het gewicht (als gevolg van de zwaartekracht) van het vliegtuig. Zolang het vliegtuig dus voldoende snelheid heeft, blijft het in de lucht. De kracht van de lift kan berekend worden met de volgende (empirische) formule:

   rm{}Lift = frac{rm{}Liftco ddot{e} ffici ddot{e} nt cdot vleugeloppervlakte cdot luchtsnelheid^2 cdot luchtdichtheid}{2}

De liftcoëfficiënt hangt af van zowel de eigenschappen van het vleugelprofiel, als de invalshoek. Uit deze formule kan men ook afleiden dat hoe groter de vleugeloppervlakte of de snelheid is, hoe groter ook de lift is. Het is daarom dat een vliegtuig voor het landen zijn welvingskleppen (flaps) uitsteekt waardoor het vleugeloppervlak groter wordt en met een lagere snelheid geland kan worden terwijl toch nog voldoende lift wordt ontwikkeld. De welvingskleppen genereren ook veel meer luchtweerstand. Daar ook de luchtdichtheid een rol speelt, heeft dit invloed op het opstijgen en landen op een hoogvlakte, en op de lengte van de landingsbaan.

Een andere manier om het vliegtuigvleugel-effect te begrijpen is dat de lucht achter de vleugel naar beneden wordt getrokken door het relatieve Bernouilli-vacuüm, het vliegtuig krijgt een opwaartse kracht door lucht achter zich naar beneden te verplaatsen (bij een helikopter, die rotorbladen heeft met een vleugelvorm, is dit gemakkelijk waarneembaar).

[bewerk]

Laminair en turbulent

De stroming langs een vleugel(-profiel) zal in eerste instantie laminair zijn. Dit betekent dat alle deeltjes in die stroming dezelfde kant uit bewegen. Deze vorm van stroming levert de kleinste weerstand op het profiel. Om met minimale weerstand te kunnen vliegen en dus grote afstanden af te kunnen leggen hebben zweefvliegtuigen een zogenaamd laminair profiel.

Echter laminaire stroming kan omslaan in een turbulente stroming, een stroming waarbij de deeltjes gemiddeld wel de zelfde kant op gaan maar eigenlijk in alle mogelijke richtingen bewegen. Bij turbulente stroming is de weerstand hoger dan bij laminaire stroming. Het al of niet hebben van een turbulente stroming rond een vleugel heeft niets te maken met wat in de volksmond turbulentie wordt genoemd, dit is namelijk het vliegen door instabiele lucht. Echter als er geen turbulentie is zal de stroming rond de vleugels van een gemiddeld passagiersvliegtuig nog steeds turbulent zijn.

[bewerk]

Loslating en overtrekken

Vooral bij relatief lage snelheden en hoge invalshoeken (de hoek tussen het profiel en de luchtstroom) kan een stroming op een zeker moment niet langer het profiel volgen. De stroming laat dan los wat resulteert in een gebied zonder stroming achter het profiel. We spreken in zo'n geval van een overtrokken vleugel. Een overtrokken vleugel geeft nauwelijks nog lift en veroorzaakt relatief grote weerstand. Een vliegtuig dat overtrokken raakt zal veel snelheid en hoogte verliezen. Met spreekt dan van een overtrokken vlucht of in het Engels stall. Overtrekt slechts een vleugel dan "valt" die vleugel als eerste omlaag weg en het vliegtuig raakt in een tolvlucht.

Belangrijk om te beseffen is dat een turbulente, maar niet losgelaten stroming minder snel loslaat als een laminaire stroming. Daarom zijn de meeste vliegtuigvleugels zogenaamde turbulente profielen of voorzien van verstoorders welke een turbulente stroming veroorzaken. Hierdoor wordt het moment waarop het vliegtuig overtrekt uitgesteld. Een andere voorziening is de kleinere invalshoek van het staartvlak waardoor deze niet als eerste overtrekt en het vliegtuig in een voorwaartse duik omlaag "duwt". In de duikvlucht kan snelheid worden opgepikt om een normale vlucht te kunnen voortzetten. Onder normale omstandigheden en bij voldoende hoogte hoeft het overtrekken geen probleem op te leveren. Bij een vliegtuig zonder dragende vleugels die voldoende lift leveren zoals bij de Starfighter ligt dat anders.

De overtreksnelheid is voor elk vliegtuig anders en wordt mede beïnvloed door de lading, de verdeling van de lading en de conditie van de vleugels (bijvoorbeeld ijsafzetting

Nogmaals:l hoe kunnen wielen los draaien van het voorwerp?  

Dat is het enige wat ik even uitgelegd wil zien voordat je mij ivertuigd.

Zet een fiets op een loopband.  

het wiel zit vast aan de fiets.  

maar kan vrij draaien (of los draaien als je het zo wil zien)  

hou de fiets vast  

zet de band aan, voorwaartse snelheid 5 m/s bijvoorbeeld  

het wiel beweegt in de zin dat het DRAAIT, met een loopvlaksnelheid van 5 m/s  

de fiets staat stil  

het wiel staat ook stil, in de zin dat zijn VOORWAARTSE snelheid 0 m/s bedraagt  

Voor mij heeft deze fiets een snelheid van -5m/s t.o het oppervlak.

Vraagje: wat gebeurt er met een fiets die je op een rollende loopband houdt, (zelf sta je natuurlijk naast de loopband), en je laat de fiets los ( stellende natuurlijk dat deze niet omvalt)?  

Wat gaat hij doen: blijft hij ter plaatse of gaat hij achteruit?

De eerste wet van Newton: Traagheidsbeginsel of inertie

Als de som van de krachten op een voorwerp nul is, dan is de versnelling nul. Een voorwerp beweegt dan met een constante snelheid in een rechte lijn, of het is in rust.

Een andere formulering van de eerste wet:

   Een voorwerp in beweging heeft de neiging in beweging te blijven.

   Een voorwerp in rust heeft de neiging in rust te blijven.

De auto wordt door de rolband tegengewerkt,

Heeft een auto dan niet meer energie nodig dan een vliegtuig om dezelfde snelheid aan te nemen?  

(stellende dat de auto eenzelfde rendement, luchtweerstand,... heeft als het vliegtuig)

Als het vliegtuig en de auto (met gelijke kenmerken) naast elkaar op de band staan, dan zal het vliegtuig tov de grond vooruit gaan, maar de auto niet.  

Als we dit nu vanuit de ruimte bekijken: dan heeft een auto met wielaandrijving meer kracht nodig om dezelfde snelheid (voor een waarnemer op aarde) te halen tegen het vliegtuig met geen wielaandrijving.  

Want de aarde gelijkt op de band die in tegengestelde richting draait.