2003; honderd jaar sinds eerste gemotoriseerde vlucht

Hoe werkt een vleugel? Onderstaande tekening en tekst komt van "Science Joy Wagon" en laat zien hoe een vleugel werkt. Het is een gemakkelijk te begrijpen verklaring, het klopt ook wel, maar dekt niet alles. (Zie voor een andere verklaring onderaan dit gedeelte).

Voor de vleugels zie je twee luchtdeeltjes getekend. Elk luchtdeeltje maakt een andere reis over en onder de vleugel. Natuurlijk zijn er miljoenen luchtdeeltjes, maar om het draagvermogen of "lift" van een vleugel duidelijk te maken is een deeltje voldoende.

	De afstand die het luchtdeeltje boven deze vleugel aflegt is dezelfde als die van het deeltje onder de vleugel. Elk deeltje legt in dezelfde tijd dezelfde afstand af, dus het deeltje boven de vleugel gaat net zo snel als die onder de vleugel. De krachten boven en onder de vleugel zijn hetzelfde dus er is geen lift. De vleugel wil dus niet omhoog.
	Nu is de vleugel gekromd. De afstanden die de luchtdeeltjes moeten afleggen zijn groter. Maar de afstanden zijn gelijk, dus de kracht boven de vleugel is even groot als onder de vleugel. Er is dus geen lift.
	Het luchtdeeltje boven de vleugel legt een grotere afstand af dan het deeltje onder de vleugel. Het bovenste deeltje gaat sneller en en drukt dus minder op de vleugel. (Je kunt ook zeggen dat de lucht boven de vleugel "dunner" is). De kracht onder de vleugel is dus groter en er is lift: de vleugel wil omhoog.

De blauwe vlakken zijn de ailerons. Dat betekent gewoon: "vleugeltjes". Het rode stuurvlak is het (richtings)roer en de groene stuurvlakken vormen het hoogteroer.

De ailerons zijn eigenlijk kleine vleugeltjes in de grote vleugels. Ze zorgen voor deze beweging van het vliegtuig:

Wat er eigenlijk gebeurt is dit: door de ailerons heeft de vleugel meer of minder draagkracht. Als de linker aileron omhoog staat (minder draagkracht) en de rechter omlaag (meer draagkracht), zal de linker vleugel dus naar beneden wijzen.

De staart van een vliegtuig is eigenlijk geen vleugel, maar een groot vlak. Door de staart blijft het vliegtuig beter rechtuit vliegen. In de staart zit het richtingsroer, dat eigenlijk een stukje van het staartvlak is. Het richtingsroer zorgt voor deze beweging:

Hoe bedient de piloot de stuurvlakken? De foto hieronder is gemaakt in de Lockheed Constellation van het luchtvaartthemapark "Aviodrome" en laat de besturing goed zien:

Voor de piloot is de stuurkolom. Beide piloten hebben er een en ze zijn met elkaar verbonden. Als de piloot aan het stuurwiel draait (kijk binnen de witte cirkel), dan beweegt hij de ailerons. In de stand waarin het stuurwiel nu staat zou de linker vleugel naar beneden gaan. Het stuurwiel zit op de stuurkolom. Als de piloot die kolom van zich af duwt, gaat de neus van het vliegtuig omlaag en als hij de kolom naar zich toe trekt, gaat de neus omhoog. De twee voetpedalen zijn voor het richtingsroer. Om een bocht te maken, gebruikt de piloot tegelijk de ailerons en het richtingsroer.

(De meeste afbeeldingen in dit onderdeel komen van het Oscar Chanute Aerospace Museum en the Aviation History On-line Museum).

Of ook wel: de verbrandingsmotor. En dan bedoel ik een motor met inwendige verbranding, de Otto-motor. Dat moet even verduidelijkt worden. Een stoommachine is een motor met uitwendige verbranding. Het vuur onder een ketel water maakt stoom en via een buis gaat die stoom naar een cilinder, waarna de zuiger de machine laat draaien.

Bij een motor met inwendige verbranding vindt de verbranding in de cilinder plaats. Van dat type motor zijn er twee: de diesel en de Otto motor. De eerste is groot en zwaar, vanwege de aparte manier waarop de brandstof wordt verbrandt. De Otto motor werkt op benzine die aangestoken wordt door een bougie. Dit is de motor die tot vandaag de dag in de luchtvaart wordt gebruikt. Niet meer in moderne grote vliegtuigen, maar wel in de sportvliegerij en de kleine luchtvaart.

Op een enkel type na werken alle Otto benzine motoren met zuigers die op- en neer gaan, dus wil ik deze motor voortaan zuigermotor noemen.

Je moet je fantasie nu wel even heel goed laten werken...
Hier is steeds één cilinder getekend, maar zijn wel vliegtuigmotoren met 18 cilinders of meer. Elke cilinder heeft twee kleppen die open of dicht kunnen staan. In de tekening is EV de inlaatklep en AV de uitlaatklep. Er is ook een zuiger die in de tekening grijs is gekleurd. De zuiger zit met een drijfstang vast aan de krukas. Dat is de cirkel onder de zuiger. Aan die krukas zit weer een vliegwiel, zodat de motor zonder veel schokken verder draait. Er is ook nog een bougie. Dat is een apparaatje dat op het juiste moment een vonk geeft.

In de groene tekening staat de inlaatklep open en de zuiger gaat naar beneden. Er wordt lucht met brandstof aangezogen. Dat brandstofmengsel is ontstaan in de carburateur.

In de blauwe tekening gaat de zuiger weer naar boven. De inlaatklep is nu dicht en het brandstofmengsel kan geen kant meer op. Het wordt nu samengeperst.

In de rode tekening komt de grote truc: even voordat de zuiger bovenaan gekomen is, geeft de bougie een vonk en het brandstofmengsel ontsteekt. Er volgt een explosie, of beter: een heel snelle verbranding. De druk in de cilinder wordt heel hoog en kan maar één kant op: de zuiger. Die drukt daarop heel snel naar beneden. Hierdoor draait de motor eigenlijk.

In de gele tekening gaat de zuiger weer omhoog en de uitlaatklep staat open. Het verbrande gas wordt in de uitlaat gedrukt.

Dit alles herhaalt zich heel snel en daardoor draait de motor. Hieronder zie je het nog eens als een filmpje:

Om het nog ingewikkelder te maken zie je hieronder een van de sterkste zuigermotoren die de luchtvaart ooit gekend heeft, de Wright Cyclone R 3350 van de Super Constellation. Een 18 cilinder motor in twee kransen van 9 cilinders. Hoe sterk? Ruim 3500 pk!

Op YouTube staat een mooie animatie van een stermotor (niet zo ingewikkeld als de Wright Cyclone R 3350 hierboven:

De straalmotor is ook een verbrandingsmotor, maar werkt heel anders dan de zuigermotor. Hij heeft ook heel weinig bewegende delen, vergeleken met een zuigermotor. Voor de werking begin ik met een molentje.

Je kent vast wel zo'n molentje dat soms met Kerst wordt gebruikt. Als je de kaarsen aansteekt, gaat het draaien. Dat komt door de hete lucht van de kaarsen. Bovenin het molentje zit een een schijfje met een aantal vinnen. Die willen opzij gaan door de hete lucht. Daardoor gaat het molentje draaien. Dat wieltje met vinnen kun je ook een turbine noemen. Onthoud dat woord maar goed, want het komt straks terug.

Uit de straalmotor komt ook hete lucht. Die komt er aan één kant uit. De motor wil daarom één kant op. De straalmotor haalt de zuurstof uit de lucht om ons heen en daarom moet hij ook lucht aanzuigen. Dat doet hij aan de voorkant.
Die lucht wordt samengeperst in de compressor.
Dan komt de samengeperste lucht in de verbrandingskamer.
Omdat de lucht in de verbrandingskamer erg heet is geworden, komt er meer uit de achterkant van de straalmotor dan er aan de voorkant inging.
Daarom wil de straalmotor één kant op.

Ik moet daar eerst even wat over vertellen.
Een straalmotor ziet er uit als een lange buis met allemaal draaiende vinnen. Die zitten allemaal op een as en die as die draait weer in lagers voor en achter in het apparaat. Als je een straalmotor over de hele lengte zou doorzagen, zie je ongeveer zoiets als het op het plaatje.
Kijk eens naar de groene letters.

De lucht wordt aan de linkerkant aangezogen door de compressors C. Die bestaan uit heel veel kleine vinnen op schijven. Ze draaien heel snel rond. Ze zuigen de lucht aan en persen die in elkaar, net als de fietspomp dat doet.
Dan komt de samengeperste lucht in de verbrandingskamer V.
Daar wordt brandstof ingespoten en in brand gestoken. De hete gassen laten de turbine T draaien. Omdat de turbine door een as verbonden is met de compressor, gaat die weer draaien. En zo heb je een kringloop gekregen!

Op de turbine zitten heel veel kleine "schepjes",
de turbinebladen. Als daar heet gas doorheen
stroomt, gaat de turbine heel hard draaien.

Deze turbinebladen halen per stuk soms wel
500 pk (zeg maar zoveel kracht als vijf
automotoren) uit de hete gassen.
Zij werken bij een temperatuur die hoger is dan
het smeltpunt van het metaal. Maar ze worden
goed met lucht gekoeld. Daarvoor zitten er kleine gaatjes in de bladen.
Ze zijn licht, zo'n 100 gram, maar ze draaien
zo snel in het rond, dat ze wel 4000 kg. lijken
te wegen. En toch gaat het bijna altijd goed...

De hete gassen die na de turbine in de lucht blazen, duwen het vliegtuig waar ze aan zitten, vooruit. En niet zo zachtjes ook! Bovendien maakt het heel veel lawaai, maar dat wist je al.

Hiernaast zie je een echte straalmotor. Zo zie je ze aan het vliegtuig nooit, want daar zitten kappen omheen, zodat het er allemaal wat "gladder" uitziet.
De straalmotor hierboven (met de groene letters in de tekening) is een turbojet. Alle lucht gaat door de motor zelf heen. Een turbojet is een motor voor heel snelle vliegtuigen. In de meeste straalvliegtuigen wordt de turbofan gebruikt.

Daarbij gaat een groot gedeelte van de aangezogen lucht langs de motor heen. Daardoor is de motor zuiniger en stiller. Hiernaast zie je een turbofan.
Je kunt ook nog propeller aan de as van de straalmotor bevestigen, dan heb je een turboprop. Zulke motoren zie je bijvoorbeeld bij de Fokker F 50 en de Lockheed Hercules.

Een vliegtuig moet licht zijn, maar ook sterk. Dat is een lastig geval. Als iets licht is, is het vaak niet sterk. En als iets sterk is, is het meestal zwaar. Toch zijn er wel manieren te bedenken waardoor we iets sterk kunnen maken zonder dat het teveel weegt. Het eenvoudigst kunnen we dat laten zien met een strookje papier:

Hiervan kunnen we gebruik maken door een kokertje te maken. Geen enkele kant kan meer doorzakken omdat het altijd wordt gesteund door "een blaadje op zijn kant". Het is dus veel sterker geworden. Van dit soort kokertjes wordt bij de bouw van vliegtuigen veel gebruik gemaakt. Hieronder zie je hoe dat in een Constellation is gedaan.

Het is een foto van de romp van het vliegtuig, dus dat deel waar de passagiers in zitten. Hier zijn de kokertjes een beetje afgerond. De kleine lopen in de lengte van de romp en de dikke zijn cirkels in de breedte. Op de volgende foto zie je dat de romp vol zit met zulke cirkels. Zo wordt hij heel sterk.

Je ziet in de cirkels ook gaten zitten.Zo blijven de cirkels sterk, maar wegen ze minder.

Hieronder zie je een van de vleugels van een DC-3. Je kunt in de schotten van de vleugel gaten zien. Dat is weer gedaan om het gewicht te verminderen. Ook zie je "ribbels" in de lengte van de vleugel. Nu zijn het geen kokertjes, maar omgebogen stroken metaal (hoekjes). Dat is weer voor de stevigheid.

Behalve allerlei manieren om licht materiaal een andere vorm te geven zodat het sterker wordt, kan men ook onderdelen uit één stuk maken. Een goed voorbeeld zie je hieronder. Dat is een van de vier "poten" van het hoofdlandingsgestel van een Boeing 747. Dat vliegtuig heeft ook nog een neuswiel, maar bijna al het gewicht komt op de vier poten terecht. Als het toestel

startklaar is. staat er op elke poot (A op de foto) een gewicht van 100.000 kg. Dat is evenveel als 100 auto's. De landingspoten zijn uit één groot stuk staal gemaakt, waarbij het meeste materiaal weer als afval verdwijnt.

Een ander voorbeeld van een stuk metaal waar weer veel van verdwenen is, zie je bij B. Dat is een van de twee steunen waardoor de landingspoot niet kan omklappen. Er zijn vakjes en gaten in gemaakt, zodat het wel sterk blijft, maar lichter is geworden.

Er zijn ook nog materialen die heel sterk zijn en toch licht, maar erg duur.

Zo'n metaal is bijvoorbeeld titanium.

Heel modern is het gebruik van kunststoffen. Daarbij moet je niet aan gewoon plastic van bijvoorbeeld een afwasteiltje denken. Nee, het gaat om "composiet" materiaal en dat is enorm veel sterker. Composiet betekent dat het samengesteld is uit verschillende materialen. Het bestaat uit lagen koolstofvezel (rechts zie je dat op de foto). Die lagen worden aan elkaar gelijmd met kunststoffen en daarna verwarmd. De producten die je dan krijgt, zijn heel sterk. Zelfs hele vliegtuigen kunnen er van gemaakt zijn, zoals de Voyager (die heb je

op een andere pagina gezien). Ook de Ferrari van Schuhmacher is van dit materiaal gemaakt.

In Nederland is bij Stork (vroeger Fokker) een nieuw materiaal gemaakt, dat "Glare" heet. Het bestaat uit twee heel dunne lagen speciaal aluminium die aan elkaar gelijmd zijn met glasvezel ertussen. De nieuwe Airbus 380, dat het grootste verkeersvliegtuig ter wereld is, zal voor een groot deel

van Glare gebouwd zijn. Als je goed kijkt zie je in het paneel links de ramen van dat grote vliegtuig al zitten.
Op http://www.airbus.com/airbus4u/ kun je de bouw van de A380 volgen en ook de testvluchten. De site is wel in het Engels.
De A 380 vloog op 27 april 2005 voor het eerst.

	aileron recht: normale draagkracht
	aileron omlaag: meer draagkracht
	aileron omhoog: minder draagkracht

	hoogteroer omhoog, minder draagkracht, de staart van het vliegtuig gaat omlaag en de neus omhoog
	hoogteroer normaal, vliegtuig vliegt horizontaal
	hoogteroer omlaag, meer draagkracht, de staart van het vliegtuig gaat omhoog en de neus omlaag

	roer naar links, de staart gaat naar rechts
	roer normaal, vliegtuig vliegt rechtuit
	roer naar rechts, de staart gaat naar links.


hier zakt het strookje door	nu staat het strookje op zijn kant en het buigt niet meer door