Zwaartepunt

Door Dirk Schipper
discussie modelbouwforum 


Nogal eens komen het instelhoekverschil en zwaartepunt bepalen aan de orde. Daarbij wordt (ook door mij) vaak de duikproef aangehaald. In onderstaand verhaal wil ik het hoe en waarom een beetje duidelijk maken.

Vooraf nog even het Reynoldsgetal. Je rekent die als volgt uit:

Re = V x K x 70

V = vliegsnelheid in m/s
K = koorde in mm

Een tapse vleugel vliegt dus op iedere plek met een ander Reynoldsgetal, want overal een andere koorde. Het Reynoldsgetal wordt ook wel de aerodynamische koorde genoemd. Snelheidsverandering geeft nl. het zelfde effect als koordeverandering. Een profiel werkt efficienter bij een groter Reynoldsgetal. Dat is overigens geen lineair proces.

De duikproef uitvoeren: Je hebt een (nieuwe) kist. Je hebt handstartjes gedaan, en hij hangt in de lucht en is vliegbaar. Je gaat nu hoger vliegen, en vervolgens doe je de duikproef.
Je vliegt stabiel horizontaal (dwz. voor een horizontale vlucht getrimd zonder hoogte te hoeven geven, bij voorkeur dwars op je zichtveld) minstens 100 m hoog. Je geeft zoveel down dat de kist ongeveer 45 graden duikt. Dit houdt je aan tot de snelheid pakweg 2x zo groot is als de basissnelheid. Dan laat je de hoogteroerknuppel los en je kijkt wat de kist doet. Einde duikproef.




Na het loslaten van de hoogteroerknuppel zijn 3 scenario's mogelijk:

1. de kist gaat weer met de neus omhoog. Dit kan geleidelijk of heftig gebeuren (A of D in het schema),

2. de kist blijft in een rechte lijn doorduiken (B in het schema),

3. de kist gaat nog dieper duiken (dit lijkt tegenstrijdig, stop met down, en hij gaat nog meer down) (C in het schema).



De natuurkundige achtergrond: Je hebt de kist ingesteld met een bepaald instelhoekverschil en zwaartepunt. Dat kan volgens opgave van de fabrikant zijn, maar de exacte hoek kan best groter of kleiner zijn uitgevallen. 1/10-de graad maakt uit! Hoe nauwkeurig heeft de fabrikant getekend en/of gemeten? Hoe nauwkeurig heb je gebouwd? ...

Situatie-1 (A): stel het zwaartepunt ligt te ver naar voren. Omdat de kist toch redelijk vliegt geeft het stabilo kennelijk voldoende extra down-lift om dat extra gewicht voor te compenseren.
Nu ga je opeens 2x zo hard vliegen. Het Reynolds getal wordt 2x zo groot, de profielen gaan (veel) beter presteren. Omdat de koorde van stabilo eigenlijk altijd veel kleiner is dan die van de vleugel, is het Reynoldsgetal bij het stabilo vrijwel altijd veel kritischer. Een 2x zo groot Reynoldsgetal kan in zo'n geval wel voor 50% 75% meer efficiëntie zorgen. 
Je vloog al met meer dan gewenste downlift (=up) aan het stabilo, dat wordt nu opeens 50% 75% meer. Gevolg, je kist speert met zijn neus omhoog, of schiet mogelijk zelfs in een looping ...

Situatie-3 (C): eigenlijk gebeurt hier precies hetzelfde als in situatie-1, alleen het uitgangspunt is anders. Je vliegt horizontaal met het zwaartepunt teveel naar achteren, het stabilo kompenseert dit met een beetje lift. Ook nu gaat het stabilo door duiken/snelheidsverhoging 50% 75% efficienter werken, dus meer lift van het stabilo, dus een nog steilere duik.

Situatie-2 (B): Hier zit je qua efficientie optimaal. Eigenlijk levert het stabilo nooit lift, niet bij hoge, niet bij lage snelheid. En aangezien lift leveren energie kost, vlieg je op deze wijze het meest efficient.

Maar ... er is een keerzijde. Als jouw kist door een windvlaag/turbulentie van hoe verandert (neus omlaag of juist omhaaog) zal het stabilo dat niet corrigeren. Hij begint dus te duiken resp. snelheid te verliezen tot er iemand ingrijpt (of hij overtrekt). Elke standverandering moet jij dus middels sturen corrigeren. Da's knap lastig. We noemen het vliegtuig dus indifferent.

De ideale situatie (D): ligt dus in een iets voorlijk zwaartepunt. 
Wordt hij omhoog verstoord, dan zal hij wat snelheid verliezen, het stabilo gaat wat minder efficient werken, het voorlijk zwaartepunt neemt de macht over en trekt de neus weer naar beneden. 
Wordt hij down verstoord dan gaat hij wat harder vliegen, het stabilo wordt wat efficienter, de downlift aldaar iets groter, en hij gooit zijn neus weer omhoog ... tot de snelheid weer normaal is en het evenwicht hersteld.
Dit gedrag noemen we auto-corrigerend.

Wat is nou voldoende zelf-correctie? Allereerst is er een persoonlijke voorkeur. De een vliegt liever met wat meer auto-correctie, de ander vliegt bijna indefferent. Maar als leidraad kun je aannemen dat de kist uit de duikproef behoorlijk geleidelijk moet herstellen. Eigenlijk zou hij zonder enige stuurcorrectie in 3-4 golfbewegingen uit zichzelf weer in een vlakke vlucht moeten overgaan. Probleem is vaak dat de daarvoor benodige afstand erg/te groot is. Laten we zeggen dat een 2 meter kist minstens 100 m nodig heeft voor de eerste golf, en zware 4 m zwever al gauw 200-300 m.

Goed. Je hebt nu mbv. de duikproef je kist behoorlijk efficient getrimd, en zw-punt bepaald. Nu kun je nog verder met fijnregelen. Je praat nu over max 3 mm zw-punt verschuiven op een 3m kist. En ook geldt het volgende niet voor iedere kist. 

Als het zw-punt te ver naar voor ligt, hebben veel kisten de neiging om bij (thermiek)cirkelen de bocht in te duiken. En andersom, igv. zw-punt te ver naar achter, willen ze de bocht uit. 

Hier kun je dus ook nog wat mee fijnregelen. Maar hier geldt nog sterker je eigen smaak qua vliegstijl en gedrag van de kist.

Qua efficientie praat je over 1-2% verbetering/verslechtering. Iets wat alleen telt als je aan wedstrijden doet.

Gr. Dirk.