Waarom vliegt een vliegtuig (in Jip en Janneke taal uitgelegd)

Als Lucht over een oppervlakte beweegt ontstaat er onderdruk aan dat oppervlakte (vergelijk iemand die rookt in de auto met zijn raampje open, de rook wordt naar buiten gezogen). De hoeveelheid onderdruk is erg afhankelijk van de snelheid en dus van de hoeveelheid lucht per tijdseenheid over het oppervlak, rij je 2 keer zo hard, dan wordt de onderdruk 4 keer zo groot. (kwadatisch met de snelheid)

Het vleugeloppervlak van een vliegtuig heeft aan de bovenkant meer bolling dan aan de onderzijde. Daardoor moet de lucht aan de bovenzijde sneller dan aan de onderzijde stromen. Hiedoor onstaat aan de bovenzijde meer onderdruk dan aan de onderzijde. Het verschil tussen de onderdruk aan de bovenzijde en onderzijde is uiteindelijk de lift (resultante) of te wel draagkracht (de vleugel wordt als het ware naar boven gezogen). Ook weet je dat als je tijdens het rijden in de auto je hand horizontaal uit het raam steekt en het iets omhoog doet, je een opwaartse kracht voelt. De lift is dus ook afhankelijk maar niet zoveel als de snelheid van de invalshoek (hoek tussen de luchtstroom en de vleugel). Als laatste is de liftkracht ook afhankelijk van het soort vleugelprofiel (erg bol of minder bol zeg maar) en het oppervlakte van de vleugel (over een groter oppervlak stroomt immers meer luchtdeeltjes). Er zijn ook vliegtuigen waar de onderzijde gelijk is als de bovenzijde (symetrisch profiel). Om daar mee te kunnen vliegen is de snelheid in combinatie met de invalshoek erg belangrijk. (militaire vliegtuigen bijvoorbeeld)

Normaal is ook de dichtheid (aantal luchtdeeltjes per m3) van de lucht bepalend voor de lift. Als we dicht bij het aardoppervlak blijven, zeg maar tot 500 meter, is de invloed van de dichtheid van de lucht te verwaarlozen (de dichtheid van lucht is afhankelijk van de temperatuur en luchtdruk en dus hoogte)

Hoe krijgen we nu die lucht over de vleugels dusdanig dat er lift ontstaat? Dit komt indirect door de motor, de motor verplaatst lucht(massa) naar achteren (vergelijk een ballon die je leeg laat lopen, die schiet ook weg). Het vliegtuig maakt daardoor voorwaartse snelheid, net zo lang totdat de weerstand van het vliegtuig gelijk is aan het door de motor geleverde vermogen (vergelijk fietsen tegen de wind, jouw snelheid is gelijk is aan jouw vermogen minus de kracht die je van de wind ondervindt, maximum snelheid ?)

Vliegen is niks anders dan een balans vinden tussen 4 krachten, Lift versus zwaartekracht en vermogen versus luchtweerstand.forces

De lift moet gelijk zijn aan de zwaartekracht en de snelheid van het vliegtuig moet dusdanig zijn dat hij genoeg lift (snelheid) genereert bij een bepaald vermogen. Een zwaarder vliegtuig moet dus harder vliegen om in de lucht te blijven dan een lichter. (de wetten van Newton liggen hier aan ten grondslag)

Er zijn wat trucjes om het vliegtuig toch bij een groter gewicht en lagere snelheid te laten vliegen. Bij onze Antonov 2 is dat bijzonder slim gedaan:

- Dubbele vleugels (groter oppervlak)

- Dikke vleugels (boven veel meer bolling als onder)

- Slats en flaps (geven meer bolling en grotere invalshoek)

Het nadeel van dit alles is veel weerstand. Dit resulteert, om die weerstand te overwinnen in een grote motor (1000PK). Daaom is de Antonov2 ook niet zuinig. Alles was een afweging in het ontwerp. Door de grote weerstand is onze maximum snelheid maar 250 km/uur

Bij grotere vliegtuigen, zoals een Boeing werkt dit allemaal precies hetzelfde, zij kunnen echter ook het oppervlak en bolling van de vleugel vergroten en schuiven hiervoor als het ware panelen (flaps) uit de vleugel naar achteren en naar beneden. Let maar eens op als je in zo’n vliegtuig aan de de achterzijde van de vleugel. In de landing zie je dan vervolgens de vliegtuigen altijd langzaam vliegen en met een hoge neusstand (invalshoek) aankomen. Bij een lagere snelheid is de invalshoek belangrijk. Er is een specifieke invalshoek nodig in de landing waarbij er bij een bepaald gewicht en snelheid de weeerstand van het vliegtuig minimaal is. Alle vliegtuigen landen dan ook met dezelfde invalshoek en een snelheid die genoeg marge geeft (30%) voordat het vliegtuig niet genoeg lift meer heeft om te kunnen vliegen.

Mijn ervaring op de vliegtuigen waar ik op vlieg, als we geen slats of flaps kunnen gebruiken en dus de bolling van de vleugen niet kunnen aanpassen (bijv bij een hydraulisch probleem) dat de landingssnelheid 55 km/uur hoger moet zijn. We landen dan met 300 km per uur ipv 245 km/uur.

Dit alles kan je in een wiskundige formule zetten en het verband zien;

L=1/2* rho *v2*CL*A

waarbij L=lift, 1/2 is een constante, rho is dichtheid van de lucht, v2 is snelheid in het kwadraat, Cl is een vleugelconstante (en mede afhankelijk van de invalshoek en vorm vleugel), A is het vleugeloppervlak.

Hieruit blijkt nogmaals dus ook de snelheid de grootste bijdrage geeft aan de lift. Met de andere dingen kan je “spelen” maar je grootste vriend in de luchtvaart is de sneheid en hoogte, snelheid houdt een vliegtuig in de lucht en snelheid kan je ook omzetten in hoogte en hoogte kan je weer omzetten in snelheid :-)  (wet van behoud van energie)