Stabiliteit


Wat is stabiliteit?
Stabiliteitsassen
Zwaartepunt instellen
Langsstabiliteit
Dwarsstabiliteit
Richtingsstabiliteit, topstabiliteit of gieren

Terug naar index .....


Wat is Stabiliteit?
Een slinger van een klok is stabiel: bij verplaatsing uit de evenwichtstoestand zoekt hij deze direct weer op. Een knikker boven op een rond oppervlak zal niet van zichzelf naar zijn uitgangspositie terugkeren. Dit heet instabiel. Ligt deze volkomen ronde knikker op een volkomen vlakke plaat dan is het twijfelachtig wat er gebeurt. Dit heet metastabiel, je weet niet hoe het knikkertje eventueel zal rollen. Dit laatste is een theoretisch beeld en komt in de praktijk eigenlijk niet voor. Een potlood, overeind geplaatst, valt na een verstoring om en is dus instabiel omdat het niet uit zichzelf weer rechtop gaat staan. Een vliegtuig is in principe instabiel en we moeten er van alles aan doen om hem tijdens een vlucht in een min of meer stabiele toestand te houden. Wanneer de oorspronkelijke toestand na een verstoring niet wordt opgezocht en het vliegtig zelf een voortdurend nieuwe stand inneemt dan zeggen wij dat het instabiel is. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van de aerodynamische krachten die op verschillende delen van het vliegtuig werken.
Omdat de lucht waarin het model vliegt zelden helemaal rustig is, zal de evenwichtstoestand voortdurend worden verstoord en zal een nieuwe toestand ontstaan die zo snel mogelijk moet leiden tot een terugkeer naar de oorspronkelijke evenwichtstoestand. Daarnaast moet een vliegtuig dus bestuurbaar zijn, met andere woorden, juist door het verstoren van de evenwichtstoestand zijn we in staat om een vliegtuig bochten te laten maken en het te laten stijgen en dalen. Er is dus een ongewenste en gewenste verstoring van de stabiliteit. Bij de gewenste verstoring van de stabiliteit streven we er wel weer naar dat dit gecontroleerd gebeurt. Bij kunstvlucht en het 3D-vliegen bijvoorbeeld wordt het model daarbij in extreme mate eerst uit balans gebracht om het vervolgens weer gecontroleerd in een bepaalde positie of richting te sturen. Modelvliegers zijn tegenstrijdige wezens!

Stabiliteit is dus de neiging om zelfstandig of gecontroleerd de oorspronkelijke of gewenste vliestoestand toestand te handhaven.

Terug...

Stabiliteitsassen
Het verkrijgen van stabiliteit is de belangrijkste eigenschap waar het in de vliegerij letterlijk om draait. De gebroeders Wright waren de eersten die dit onder de knie kregen en dus ook de eersten die er in slaagden om een gemotoriseerde gecontroleerde vlucht te maken. Een modelvliegtuig moet dezeeigenschappendusook bezitten om de gunstigste of gewenste vliegtoestand zo lang mogelijk te behouden.Een vliegtuig beweegt zich in de ruimte en kan dus in drie dimensies bewegen. Om deze bewegingen te onderscheiden betrekken wij ze op drie loodrecht .op elkaar staande assen die door het zwaartepunt gaan. De foto hiernaast toont een model waarin de drie stabiliteitsassen, de langsas (X), dwarsas (Y) en topas (Z) worden aangegeven. Elke verandering in de stand van het model is in basis een draaiing om één of meer van deze assen.
Beweging om de langsas (X) noemen wordt rollen genoemd, die om de topas (Z) gieren en die om de dwarsas (Y) stijgen of dalen.
Omdat er voor beweging om één van de assen een moment op het model moet werken, spreken wij van een rolmoment, een giermoment en een stijg- of daalmoment dat een dergelijke beweging doet ontstaan. Duikt het in een bocht steil omlaag dan heeft het bewegingen uitgevoerd om alle drie de assen. Dan is er didelijk iets mis!
Uit het voorgaande volgt nu vanzelf dat de stabiliteit van een model ook op deze drie assen betrokken kan worden. Wij spreken van dwarsstabilitelt (om de langsas Y), van richtingsstabiliteit (om de topas Z) en van langsstabiliteit (om de dwarsas Y). Het klinkt enigszins verwarrend, maar bij een nadere beschouwing zijn deze ingeburgerde definities zeker logisch.
Deze eigenschappen moeten alle drie toereikend zijn daar zij bij bijna alle bewegingen hun rol spelen. Ze worden nu stuk voor stuk nader uitgelegd waarbij men dient te bedenken dat hier slechts de beginselen van dit zeer ingewikkelde onderwerp ter sprake zal komen dat voor de modelbouwer van belang is om te begrijpen waarom en hoe het één en ander werkt.

Terug...

Zwaartepunt instellen
Voor de eerste vlucht is het belangrijk om de exacte plaats van het zwaartepunt in te stellen en zo nodig te corrigeren. Dit proces is essentieel voor de stabiliteit van het vliegtuig en bepaalt het stuurgedrag. Als het zwaartepunt te ver naar achteren ligt reageert het model zeer gevoelig op het hoogteroer. In extreme gevallen is het vliegtuig model niet meer beheersbaar. Als het zwaartepunt te ver naar voren ligt kan het model geen goede glijvluchten uitvoeren. Het wil voortdurend met de neus naar beneden duiken en moet sterk met het hoogteroer wor­den gecorrigeerd. Het blijft daarbij echter relatief goed bestuurbaar. Daarom geven veel fabrikanten het zwaar­tepunt op de veilige kant (meer naar voren) aan. Wij adviseren u in elk geval om met een zwaartepuntweegschaal het zwaartepunt exact in te stellen. Meestal kan het zwaartepunt op de juiste plaats worden gelegd door met de accu naar voren of naar achteren te schuiven. Indien dit niet lukt, kan de correctie worden verkregen door lood toe te voegen.
Stel een ligging in, waarbij het model met licht naar beneden neigende neus een evenwicht vindt. De alternatieve methode, waarbij het model met twee vingers in de buurt van het zwaartepunt wordt vastge­houden, ziet men weliswaar vaak op plaatsen met model­vliegtuigen, maar deze controlemethode van het zwaarte­punt is zeer onnauwkeurig.

Terug...

Langsstabiliteit
Dit is de stabiliteit in de richting van de langs- of lengteas (X), meestal, maar dus niet altijd, overeenkomend met de vliegrichting van het model. Bewegingen vinden plaats om de lengte as dit noemt men ook wel rolbewegingen of rollen. Bij een niet bewust gestuurde verstoring dan de horizontale stand van de vleugel moet het model automatisch in de horizontale stand van de vleugel terug keren en bij verdraaiing van het richtingsroer of de rolroeren mag de rolbeweging niet ongecontroleerd doorzetten, maar dient enigszins zelfremmend te zijn.
Door bijvoorbeeld turbulentie in de lucht bijvoorbeeld kan één vleugelhelft omhoog of omlaag worden gedrukt waardoor er de rolbeweging ontstaat. Het model dient dit dus zo goed mogelijk zelf te kunnen corrigeren, bijvoorbeeld door de V-stelling van de vleugel. Deze eigenschap noemt men de intrinsieke, eigen of ingebouwde langsstabiliteit .
De langsstabiliteit verzekert het behoud van de horizontale stand van de vleugels en daarbij ook het vasthouden van de vliegbaan. Daar deze baan de richting die wij wensen moet verzekeren, is een goede langsstabiliteit van groot belang voor de bestuurbaarheid van een model.
Langsstabiliteit wordt ook verkregen door een laag zwaartepunt. Klik hier. Zwever met vleugels in lichte V-vorm. De TAXI van Graupner) of oplopende vleugeltips aan de einden (Klik hier. Zwever met in in v-vorm geplaatset vleugeltips. De UHU van Graupner.) of een combinatie hiervan.

De originele Charter van Robbe is een model met een duidelijke V-stelling. Voor een trainer als deze is het van belang dat het een grote eigen (intrinsieke) stabiliteit om de langsas heeft omdat verstoringen van de vliegstand om de langsas die door luchtwervelingen veroorzaakt worden grotendeels door het model zelf worden gecorrigeerd.

Een uitzondering hierop vormen de kunstvlucht modellen. Hier worden snelle veranderingen gevraagd en te veel van de boven genoemde maatregelen zijn hier belemmerend. Daarom zijn deze modellen ook met rechte vleugels, een hoog zwaartepunt en als middendekker uitgevoerd.
De langsstabiliteit zorgt er dus voor dat het model zich zelf uit de scheve stand terug draait en naar de oorspronkelijke vliegstand waarbij de vleugels horizontaal staan.

Terug...

Dwarsstabiliteit
Wat er voor nodig is om een model langsstabiel te maken is in het vorige hoofdstuk uiteen gezet. Hiermee is de volledige stabiliteit echter nog niet gewaarborgd. Dit zijn de bewegingen om de dwarsas (Y).

In bovenstaande figuur ( in voorbereiding) zijn enkele situaties van stabiliteit en instabiliteit om de dwarsas weergegeven. In het midden (Stabiel) wordt na een verstoring en wat om de evenwichtstoestand de oorspronkelijke baan weer ingenomen. Dit is de vorm van stabiliteit die wij steeds trachten te bereiken. Niet die welke daar boven (Instabiel) is geschetst want hier blijft het model om de dwarsas slingeren met soms steeds groter wordende uitslagen. Een toestand die wij niet wensen want na de eerste verstoring zal de vlucht dit beeld blijven vertonen. Onbruikbaar is ook een model dat zich gedraagt als in de onderste situatie (Instabiel, neuslastig) waarbij deze na een verstoring de evenwichtstoestand verlaat om in een steeds steiler wordende duikvlucht over te gaan en niet meer terug keert. Dit kan als een stabiele instabiliteit worden aangemerkt.
De dwarsstabiliteit wordt verkregen door achter de vleugel een veel kleinere vleugel, het stabilo, te plaatsen. Het stabilo heeft tot taak om een stabiel geheel, te vormen met de vleugel die zelf meestal niet stabiel is. Een juiste combinatie van oppervlakken van vleugel en stabilo, en van het instelhoekverschil van deze beide, van de onderlinge afstand in de richting van de langsas en van de ligging van het zwaartepunt met betrekking tot de vleugelkoorde zal tot een goede dwarsstabiliteit leiden.

Er zijn dus verschillende factoren waarmee rekening moet worden gehouden. Gelukkig bestaat er een schat van ervaring waaruit wij voor u een goedwerkend recept kunnen klaarmaken.

Terug...

Richtingsstabiliteit, topstabiliteit of gieren
Dit is de stabiliteit om de topas (Y) en bewegingen om deze as noemt men gieren. Is het model in slippende beweging geko­men dan gaat ook de richtingsstabiliteit een rol spelen. Dwarsstabili­teit en richtingsstabiliteit zijn zeer nauw met elkaar verbonden en moeten een goede combinatie vormen.

Richtingsstabiliteit wordt verkregen door een kielvlak achter de vleugel te plaatsen, soms ook door een stabilo met V-stelling toe te passen. De werking van het kielvlak kan men vergelijken met die van de staart van de windvaan. De as waarop de windvaan draait is hier de topas van het model.

Hieruit volgt dat het kielvlak zodanige afmetingen moet heb­ben dat wanneer het model slipt bij een kleine sliphoek een herstellend giermoment moet optreden dat het model weer in de luchtstroom zal richten. Bekijken wij nog eens fig. 24, dan zien wij dat een kracht P, achter de topas - dus achter het zwaartepunt - dit giermoment zal leveren wanneer het kielvlak de juiste afmetingen bezit.

Daarmee zijn wij er echter niet want nu ontmoeten wij weer de V-stelling. Deze komt immers pas in werking wanneer een bepaalde sliphoek is bereikt. Het kielvlak hoeft dus niets meer te doen dan de slippende beweging, na het bereiken van een kleine sliphoek, tot stilstand te brengen. De V-stelling van de vleugel zorgt er dan voor dat een rolmoment zal optreden dat het model weer vlak legt. Wij moeten ook bedenken dat bij het gieren om de topas de voorwaarts bewegende vleugel meer draagkracht zal produceren dan de achterwaarts bewegende vleugel. Het gevolg hiervan is een rolbeweging die de gierbeweging ondersteunt.

Overtreksnelheid
Als een oppervlak waarop een opwaartse druk wordt uitgeoefend de invalshoek groter maakt dan een bepaalde hoek (de kritische invalshoek  of "critical angle of attack"), zal de opwaartse druk niet langer toenemen: de luchtweerstand zal groter worden dan de opwaartse krachten. Dit alles zal resulteren in een z.g.n. overtrokken toestand van het oppervlak, ook wel “stalling”  genoemd. Hoe gaat overtrekken in z'n werk? Stel je voor dat je je hand uit het raam van de auto steekt terwijl alleen de opwaartse druk je hand in de lucht houdt. Langzaam maak je de hoek waaronder je je hand in de wind houdt groter en groter. Je zult de opwaartse druk en de luchtweerstand op je hand voelen toenemen. De lucht stroomt over je hand tot je de kritische invalshoek bereikt, de opwaartse druk verdwijnt dan bijna volledig en de luchtweerstand neemt enorm toe en je hand wordt naar beneden gedrukt.
Wat is er gebeurd bij een vliegtuigvleugel?
Als de invalshoek van een vleugel wordt vergroot, neemt de lift maar ook  de weerstand toe. De lift neemt niet oneindig toe bij een grotere invalshoek. Bij een bepaalde grootte van de invalshoek (afhankelijk van het vleugelprofiel) kan de luchtstroming het profiel van de vleugel niet meer volgen en laat de grenslaag over de vleugel los. Het overtrekken van de vleugel is geen geleidelijk proces maar gebeurt vrij plotseling. Een overtrokken vleugel geeft nauwelijks nog lift maar veroorzaakt een relatief grote weerstand.
Een vleugel kan in principe bij elke hoek en snelheid worden overtrokken. Piloten, ook van modelvliegtuigen, kunnen de overtrek van een vleugel testen door de snelheid langzaam te verlagen. Hoe trager de luchtstroom over de vleugels, hoe minder lift ze geven. Om het gewicht van het vliegtuig dan nog te kunnen dragen moet de invalshoek vergroot worden. Bij een bepaalde snelheid zal de invalshoek het kritieke punt bereiken en overtrekt het toestel. Anders gezegd: de overtreksnelheid is de snelheid van de luchtstroom over de vleugel waarbij de luchtstroom het vleugelprofiel niet meer kan volgen en de grenslaag loslaat van de oppervlakte. Dit wordt de overtreksnelheid genoemd. De overtreksnelheid varieert per vleugelprofiel.
Het is bij modelvliegtuigen zinvol om de overtreksnelheid in de praktijk te bepalen door dit op voldoend rote hoogte uit te proberen. Deze snelheid is bepalend voor de landingssnelheid.

Terug ...

contact | © 2016