5.3. STABILITEIT

Met stabiliteit van het zweefvliegtuig bedoelen we de eigenschappen die het vliegtuig heeft om na een verstoring het evenwicht te herstellen. Een vliegtuig is zo gemaakt dat het veilig en gemakkelijk bestuurbaar is. Wanneer je de stuurorganen even loslaat, dan vliegt het zweefvliegtuig zichzelf. Dat wil zeggen bij een kleine verstoring herstelt het zichzelf weer in de evenwichtssituatie. Alleen bij grotere verstoringen moet je met de stuurorganen de gewenste vliegrichting herstellen. Dit hoofdstuk gaat over stabiliteit. Een zweefvliegtuig verkeert in een stabiel evenwicht als bij een verstoring uit dat evenwicht de neiging bestaat vanzelf weer naar de evenwichtstoestand terug te keren. 

Stabiel, onstabiel en indifferent  Er zijn drie vormen van stabiliteit: stabiel, onstabiel en indifferent. Stabiel wil zeggen dat na een verstoring wordt teruggekeerd naar de oorspronkelijke evenwichtstoestand. Bij onstabiel wordt na een verstoring nooit teruggekeerd naar een evenwichtstoestand en bij indifferent ontstaat een nieuwe evenwichtstoestand op een andere plek. Deze drie mogelijkheden zie je op de afbeelding hierboven afgebeeld:

1. Statisch Stabiel: Een knikker in een kom verkeert in stabiel evenwicht. Na een verstoring zal het kogeltje z'n oorspronkelijk positie weer innemen.
2. Statisch Labiel / Onstabiel: Een knikker op een bol vlak is in onstabiel evenwicht. Na de verstoring wordt de afwijking steeds groter.
3. Statisch Indifferent / Metastabiel: Een knikker op een vlakke plaat is in indifferent evenwicht. Na een verstoring komt de knikker op een andere plaats tot rust.

Een zweefvliegtuig is zo gebouwd dat na een verstoring er een kracht optreedt die de verstoring onderdrukt en de oorspronkelijk vliegtoestand herstelt. Dit werkt alleen als het zwaartepunt zich binnen de door de fabrikant vastgestelde grenzen bevindt. Een zweefvliegtuig dat te neuslastig of te staartlastig wordt beladen kan onstabiel worden.

Aangezien een vliegtuig om drie assen moet kunnen bewegen, zijn er ook drie manieren nodig om voor stabiliteit om die drie assen te zorgen. Het gaat daarbij om:

• Langsstabiliteit; wanneer door een verstoring de neus van het toestel omlaag of omhoog gaat (dus een beweging van de langsas om de dwarsas), dan wordt de afwijking hersteld door het horizontale stabilo.
• Richtingsstabiliteit; wanneer door een verstoring het vliegtuig van richting verandert (een richtingsmoment om de topas), dan volgt er een correctie door het kielvlak en bij een positieve pijlstelling door de pijlvorm van de vleugel.
• Rolstabiliteit, wanneer door een verstoring de ene vleugel omhoog gaat en de andere naar beneden (dus een rolbeweging om de langsas), dan volgt er een correctie door de V-stelling van de vleugels.

LANGSSTABILITEIT

Voor de langsstabiliteit dient het stabilo. Tijdens het vliegen houdt het stabilo, met een bepaalde stand van het hoogteroer, de neus van het vliegtuig op dezelfde plek onder de horizon.

Langsstabiliteit door het horizontale stabilo.

Het stabilo is een kleine vleugel achter aan de staart van het vliegtuig. Door een kleine kracht omhoog of omlaag kan het stabilo ervoor zorgen dat het vliegtuig om het zwaartepunt heen gaat draaien.

In de bovenste afbeelding gaan we er even van uit dat lift en gewicht in hetzelfde punt aangrijpen waardoor het stabilo even niks te doen heeft

Wanneer de vleugels door het binnenvliegen van een thermiekbel of door turbulentie een grotere aanvalshoek krijgen, dan gaat door de vergrote draagkracht de neus omhoog. Daardoor krijgt het horizontale stabilo, dat door de staart met de romp verbonden is, ook een grotere aanvalshoek waardoor het stabilo met draagkracht de afwijking herstelt.

Bij een verkleining van de aanvalshoek, door bijvoorbeeld turbulentie of door het binnenvliegen van het daalgebied naast de thermiekbel, gebeurt het omgekeerde. 

De positie van het zwaartepunt en dus de plaats t.o.v. het aangrijpingspunt wordt dieper besproken in hoofdstuk 7 Prestaties. Wanneer het zwaartepunt ervoor ligt spreken we over een neuslastig toestel. Er is een negatieve kracht van het stabilo nodig om dit te compenseren. Ligt het zwaartepunt er achter, dan spreken we van staartlastig. De neus heeft de neiging om naar boven te komen, er is een positieve lift van het stabilo nodig. In het geval dit niet gecompenseerd wordt, kunnen we richting overtrek gaan (gevaarlijk).

RICHTINGSSTABILITEIT

Wanneer door een verstoring het vliegtuig van vliegrichting verandert, dan volgt er een correctie door het kielvlak (verticale staartstuk) en bij een positieve pijlstelling door de pijlvorm van de vleugel.

Richtingsstabilitiet door het weerhaaneffect van het verticale kielvlak

Correctie door kielvlak Na een richtingsverstoring wordt het kielvlak (verticale staartstuk) van opzij aangeblazen. Zo ontstaat er een corrigerende kracht waardoor het vliegtuig terugdraait (moment om het zwaartepunt) naar z'n oorspronkelijk koers. 

Correctie door positieve pijlvorm Op de afbeelding zie je een zweefvliegtuig met positieve pijlvorm (de voorkant van de vleugel wijkt iets naar achteren). Bij een verstoring van de vliegrichting, beweegt één vleugel naar voren. Die vleugel komt recht in de aanstromende lucht terwijl de andere vleugel naar achteren schuift. De vleugel die naar achteren geschoven is ondervindt minder weerstand dan de vleugel die naar voren geschoven is. Dit geeft een kracht (moment) om de topas, waardoor het vliegtuig de afwijking herstelt.

Vergroting afwijking door negatieve pijlvorm Tweezitters zoals bijvoorbeeld de ASK13 en de Duo Discus hebben een negatieve pijlvorm. Voor de richtingsstabiliteit is dit minder gunstig. Je ziet op de afbeelding dat na een verstoring naar rechts om de topas, de vleugels ongelijk in de aanstromende lucht staan. De rechter vleugel krijgt nu meer weerstand. De koerscorrectie moet nu dus volledig komen van het kielvlak. Er is dus een grotere kracht nodig van het kielvlak voor de correctie, dan bij een positieve pijlvorm.

ROLSTABILITEIT

Wanneer door lift of turbulentie de ene vleugel omhoog gaat en de andere naar beneden (dus een rolbeweging om de langsas), dan volgt er een correctie door de V-stelling.

De vleugel van een zweefvliegtuig is zo gemaakt dat hij naar de tip toe iets schuin omhoog gaat. Dit noemen we de V-stelling van de vleugel.

Ondervindt door een verstoring de ene vleugel meer lift dan de andere, dan volgt er een moment om de langsas. De vleugel die meer lift ondervindt gaat omhoog, de andere naar beneden. Het vliegtuig gaat rollen en glijdt af (slipt) in de richting van de lage vleugel.

Herstel door grotere aanvalshoek lage vleugel De lage vleugel komt nu in een betere positie ten aanzien van de aanstromende lucht. Zijn aanvalshoek wordt groter, hij krijgt meer lift en bij de hoge vleugel gebeurt het omgekeerde, daardoor rolt het vliegtuig na een verstoring terug.

Herstel door lift meer loodrecht tegenover de zwaarteacht De lage vleugel begint ook meer lift te leveren omdat de lift loodrecht op de vleugels staat. De lift van de hoge vleugel wijst na een verstoring iets meer schuin omhoog en de lage vleugel komt meer recht tegenover de zwaartekracht. Daardoor levert de lage vleugel meer lift en de hoge minder en ook daardoor herstellen de vleugels de afwijking.

INSTELHOEK EN WRONG

De instelhoek is door de fabrikant bepaald. De aanvalshoek die de vleugel maakt met aanstromende lucht wordt naar de tip toe steeds kleiner. Dit noemen we wrong of tipverdraaiing.

De instelhoek van het stabilo is kleiner dan de instelhoek van de vleugel. Wanneer de vleugels als gevolg van een te grote aanvalshoek overtrekken, daardoor veel minder lift leveren, dan zakt de neus en daardoor neemt de snelheid toe en de aanvalshoek van de vleugel wordt weer kleiner (niet meer overtrokken). De draagkracht neemt weer toe en de neus wordt weer opgetild. Door de kleinere instelhoek van het stabilo is deze initieel nog niet overtrokken en blijven we een zekere mate van bestuurbaarheid behouden. 

Wrong Wanneer de vleugel een te grote hoek met de aanstromende lucht maakt dan laat de luchtstroom niet over de hele vleugel tegelijk los. De instelhoek is bij de romp het grootst en bij de tip het kleinst. Eerst zal de vleugel bij de romp overtrekken. Het laatst bij de tip waar zich de rolroeren bevinden. Dit bevordert de bestuurbaarheid van het vliegtuig.

Door de afnemende aanvalshoek van de vleugel naar de tippen toe zal de lift meer de vorm van een ellips hebben. Dit is ook gunstig voor de geïnduceerde weerstand want die wordt minder als de opbouw van de draagkracht ellipsvormig is.