Vliegtuigvleugel goed begrijpen
-
Hallo iedereen,
Ik ben bezig met mijn PWS voor natuurkunde over aerodynamica bij auto's. Om het effect van een spoiler goed uit te kunnen leggen moet ik dus eigenlijk precies begrijpen hoe een vliegtuigvleugel werkt.
Met de wet van Bernoulli werd mijn vraag waarom de lucht boven de vleugel sneller stroomt dan eronder niet echt goed beantwoord. Want waarom doet de lucht boven de vleugel (die dus een langere afstand af moet leggen) er niet gewoon langer over dan die eronder?
Ik heb dezelfde vraag al gezien in scholierenlab en in het antwoord werd verwezen naar deze site: http://www.av8n.com/how/htm/airfoils.html
Bij 3.11 op deze site (het hoofdstuk "Circulation") wordt als ik het goed heb begrepen aangenomen dat vanaf een bepaalde snelheid van het vliegtuig de lucht in cirkels rond de vleugel will stromen en daardoor de lucht die boven de vleugel stroomt dus sneller stroomt dan die eronder omdat de "cirkelstroming" onder de vleugel de luchtstroom tegenhoudt.
Mijn vraag is nu: Bestaat deze cirkelstroming echt of is dit maar een theorie? Of heb ik iets verkeerd begrepen?
Het zou heel mooi zijn als iemand dit een beetje zou kunnen uitleggen.
Alvast bedankt!
groet,
Helge -
Beste Helge,
Er zijn verschillende manieren om aerodynamica en in het bijzonder het fenomeen liftkracht uit te leggen. Het verschil in deze verschillende manieren van uitleg zit hem voornamelijk in de moeilijkheidsgraad, maar ze zijn op hun eigen manier allemaal goed.
Je kunt het onstaan van liftkracht op een vleugel relatief makkelijk begrijpbaar verklaren met enerzijds de derde wet van Newton (actie = reactie) of anderzijds het principe van Bernoulli.
Vervolgens krijg je wat meer gedetailleerde theorien, die daardoor ook een stukje lastiger zijn. De gangbare uitleg die je hier op de universiteit krijgt uitgelegd is gebaseerd op de wetten van behoud van impuls, massa en energie. Binnen deze uitleg wordt ook weer verband gelegd met Newton en Bernoulli.
Een fenomeen als circulatie valt binnen deze gedetailleerde verklaring. Volgens de theorie van Kutta-Joukowski kan er alleen een liftkracht ontstaan als er een voorwaarste snelheid en een circulatie rondom de vleugel aanwezig is. Een mooi voorbeeld van hoe deze theorie in de praktijk werkt is het Magnus effect. Om je vraag direct te beantwoorden: ja, de circulaire stroming rondom een vleugel is er echt.
Terugkomend op het eerste deel van deze post: de uitleg over lucht die sneller stroomt aan de bovenkant van de vleugel omdat deze kant langer is fout. Deze zogenaamde 'Equal Transit-time' theorie is gebaseerd op twee luchtstromen die aan de leading edge van elkaar scheiden en aan de trailing edge tegelijk weer samen zouden moeten komen. Omdat de bovenkant van de vleugel langer is zou daarom de lucht aan de bovenkant sneller moeten stromen dan onder om tegelijk aan het eind van de vleugel te komen. Dit is niet waar.
De lucht stroomt inderdaad sneller aan de bovenkant, maar dit heeft te maken met een vernauwing van de luchtstroom boven de vleugel. Volgens de continuiteitstheorie zorgt een vernauwing voor een hogere snelheid en een hogere snelheid zorgt voor weer een lagere druk (Bernoulli). Op onderstaande animatie is te zien dat de lucht aan de bovenkant sneller stroomt, maar zeker niet tegelijk met de luchtstroom onder de vleugel aankomt op hetzelfde punt (zwarte stipjes).
Zoals je ziet is het omvangrijk onderwerp, maar wel heel interessant! Hoop dat je hier een beetje mee verder kan. Mocht je meer vragen hebben, laat het hier weten.
Grt. Wouter
-
Hoi Wouter
Heel erg bedankt voor jouw reactie. Hier kan ik voorlopig wel goed mee verder werken.
Groet,
Helge
