2003; honderd jaar sinds eerste gemotoriseerde vlucht

De wet van Bernoulli zorgt voor een verklaring die maar een beetje bijdraagt aan de lift van de vleugel. En hoewel die verklaring ervan uit gaat dat de beide luchtstromen tegelijkertijd aan de achterkant van de vleugel samenkomen, is dit eigenlijk niet waar:

Hoe een vleugel werkt kan ook met veel wiskunde verklaard worden, maar dat is een zaak van ingewikkelde formules en tegenwoordig wordt daarbij veel gebruik gemaakt van de computer. Met het effect van de luchtverdunning boven de vleugel wordt bij die wiskundige berekeningen ook rekening gehouden.

Om de van de lift van een vleugel te kunnen verklaren kunnen we ook de natuurkundige verklaring volgens de wetten van de grote Engelse natuurkundige Isaac Newton gebruiken. Hieronder kun je er meer over lezen.

Zijn eerste wet zegt: een voorwerp dat in rust is blijft in rust, of een voorwerp dat in beweging is, zal zich voortbewegen in een rechte lijn, totdat er een kracht op uitgeoefend wordt.
Lucht is in rust, maar als onze vliegtuigvleugel eraan komt, oefent dit een kracht uit op de lucht. We

zien dus een bocht in de luchtstroom (in de tekening upwash). De luchtstroom gaat omhoog.
De derde wet van Newton zegt dat er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie is.
Hier is een voorbeeld: als ik een steen neerleg op een tafel, dan oefent de steen een kracht uit op de tafel (dat is het gewicht van de steen).
De tafel oefent een gelijke kracht uit op de steen om hem weer omhoog te drukken. (Dit lijkt een raar voorbeeld, maar het is wel zo).
Terug naar de vleugel. Om draagvermogen te krijgen, moet de vleugel iets met de lucht doen. Dat is de actie. (upwash in de tekening). Het draagvermogen is de reactie (downwash in de tekening). Het is belangrijk dat de vleugel iets schuin staat ten opzichte van de aarde (in het Engels: Angle of Attack). Bij veel vliegtuigen kun je vanaf de zijkant goed zien dat de vleugel al in een schuine stand aan de romp vastzit.

De vleugel oefent dus een kracht uit op de lucht, die eerst in rust was. Die kracht is afhankelijk van de snelheid en de massa van de lucht. Een vliegtuig vliegt snel tot heel snel. De vleugel buigt dus grote hoeveelheden lucht af.
De draagkracht van een vleugel is gelijk aan de verandering in moment van de lucht die hij naar beneden afbuigt. Moment is het product van massa en snelheid. De draagkracht van een vleugel is gelijk aan:

de hoeveelheid lucht die naar beneden afgebogen wordt X de neerwaartse snelheid van die lucht

De figuur hiernaast laat zien hoe die neerwaartse luchtstroom eruit ziet voor de piloot en iemand die op de grond staat.
Voor de piloot lijkt het of de lucht schuin van de vleugel komt, in dezelfde richting als de hoek die de vleugel maakt. Voor de piloot lijkt de vleugel immers stil te staan en de lucht beweegt.
Als een toeschouwer op de grond de luchtstroom kon zien, dan zou hij opmerken dat de lucht bijna verticaal van de vleugel komt. Hoe schuiner de vleugel in de lucht zou staan, hoe groter de verticale snelheid zou zijn. Tot een zekere stand van de "angle of attack". Als de vleugel een te grote hoek met de aarde maakt, laat de luchtstroom van de vleugel los en is het gedaan met de draagkracht. De vleugel is dan overtrokken. De neus van het vliegtuig duikt dan naar beneden en meestal draait het vliegtuig ook nog een kant op (zie ook onderaan de pagina)


De ventilator bestaat uit kleine vleugels die schuin op een as gemonteerd zijn en snel draaien. Door de reactie staat de luchtstroom bijna verticaal op de stand van de "vleugels"...	Nog een ventilator, de Pavehawk. De rotorbladen zijn kleine vleugels die schuin staan en heel snel draaien. De luchtstroom wordt verticaal afgebogen. Kijk maar naar het water.

De vleugel is dus eigenlijk een grote luchtpomp en de lucht die naar beneden gepompt wordt, houdt

het vliegtuig in de lucht door het draagvermogen. Als een vliegtuig over een heel grote weegschaal zou vliegen, zou die weegschaal het gewicht van het vliegtuig aangeven. Het effect zie je ook op de niet zo fraaie foto hiernaast. Een klein straalvliegtuig vliegt over de mist in een vallei. Door de luchtstroom die recht naar beneden blaast, is er een diep spoor in de mist ontstaan. Ook krult de mist om. Dit ontstaat door de wervelingen die van de vleugeltips komen.

Op het filmpje kun je zien dat de landende Airbus A 320 de mist wegblaast, zodat de landingsbaan zichtbaar wordt:

Bij de start heeft het vliegtuig nog weinig snelheid. Om de vleugel toch voldoende lift te geven hebben vleugels al heel lang flaps aan de achterkant van de vleugel. Flaps zijn panelen die aan de achterkant uit de vleugel schuiven. Ze geven de vleugel een kromming. Die kromming zorgt ervoor dat er nog meer lucht afgebogen wordt. Natuurlijk neemt de luchtweerstand ook toe. Daarom worden de flaps al snel na de start ingetrokken, waarna het vliegtuig sneller kan vliegen.

Met de komst van de straalvliegtuigen kwamen er ook nog slats bij. Die worden aan de voorkant van de vleugel uitgeschoven. Ze zorgen ervoor dat er ook een kromming aan de voorkant van de vleugel ontstaat. Ook dit verhoogt de lift van het vliegtuig. En uiteraard ook weer de weerstand, zodat de slats ook al snel na de start ingetrokken worden. De kokers bij de flaps bevatten het mechanisme waarmee ze uitgeschoven kunnen worden. Die kokers worden wel eens "kano's" genoemd.
In het begin vonden de passagiers het uitschuiven van de flaps geen prettig gezicht, zoals bij deze Boeing 727.

De flaps worden ook bij de landing gebruikt. Bij de landing moet het vliegtuig ook weinig snelheid hebben, want de landingssnelheid mag niet te hoog zijn. Dit in verband met het landingsgestel en de lengte van de uitloop op de baan. Hierboven zie je ook nog de spoilers van de 727 omhoog staan. Dat zijn luchtremmen. Ze verhogen de luchtweerstand.

Om een idee te krijgen van de werking van een vliegtuigvleugel is het beter om hem met een vlieger of een zeil te vergelijken dan met de wet van Bernoulli aan de gang te gaan. Maar de vergelijking van een vlieger en een vliegtuigvleugel gaat niet helemaal op.

Zoals op de hoofdpagina van "Techniek in de luchtvaart" al is gesteld, ben ik zelf voorstander van de wetten van Newton.
Dat het toch echt de stroming van de lucht over de bovenkant van de vleugel is die de draagkracht veroorzaakt kun je ook opmaken uit het feit dat bij jachtvliegtuigen de bewapening onder de vleugels hangt en zo de bovenkant van de vleugel "schoon" blijft.
Spoilers (luchtremmen) zitten in de bovenkant van de vleugels. Zij verstoren de luchtstroom en dus de kracht van de luchtstroom die achter de vleugel naar beneden afbuigt.

Als een vliegtuig teveel met zijn neus schuin omhoog vliegt voor de snelheid die het heeft, kunnen een of beide vleugels "overtrekken" dus de vleugel kan in een "stall" raken. De luchtstroom bovenop de vleugel raakt dan los van de bovenkant van de vleugel. Je ziet dat in de afbeelding links.
Onder in de afbeelding zie je staan "Excessive Angle of Attack". Daar heeft de luchtstroom het vleugeloppervlak losgelaten en de lucht stroomt niet meer over de vleugel zodat de kracht van de luchtstroom naar beneden niet meer bestaat. De vleugel heeft zijn draagvermogen verloren.


slats en flaps	de flaps zijn bij deze Boeing 727 naar beneden gedraaid en de spoilers staan omhoog bij de landing