Motorvliegtuigen en zweefvliegtuigen hebben veel overeenkomsten. Qua ontwerp en aerodynamica, er zijn alleen ook veel verschillen. Een zweefvliegtuig vliegt wezenlijk anders door het ontbreken van een motor.
Een gestroomlijnde romp
Aangezien er geen motor aan boord is, is een zweefvliegtuig ontworpen rondom de lading die het moet vervoeren – De vlieger(s); de romp is ontworpen om zo klein en licht mogelijk te zijn. De meeste zweefvliegtuigen bieden plek aan een of twee personen in deze kleine cockpit, de piloten zitten achterover, in tegenstelling tot motorvliegtuigen waar men meestal rechtop zit. Waarom dit verschil? Door achterover te zitten kan de cockpit meer gestroomlijnd worden ontworpen, waardoor er minder weerstand is tijdens de vlucht.
Het oppervlak van de romp (en ook de vleugels) van een zweefvliegtuig is ontworpen zo glad mogelijk te zijn, waardoor het vliegtuig door de lucht kan bewegen met min mogelijk bijkomende wrijving. De eerste zweefvliegtuigen werden gebouwd van hout en bedekt met linnen; door het gebruik van hout en linnen, soms staal kon wel een licht ontwerp worden gemaakt, maar echt glad was het nog niet, de weerstand was relatief hoog. Vandaag de dag zijn veel geavanceerde zweefvliegtuigen vervaardigd uit naadloze materialen zoals glasvezel en koolstofvezel.
De hoge aspect ratio
Zweefvliegtuigen hebben hoge aspect ratio, wat betekent dat de vleugels langer en smaller zijn dan de vleugels op de normale motorvliegtuigen.
Vleugelvergelijk op Aspect Ratio (AR)
De aspect ratio (AR) wordt berekend door het kwadraat van de spanwijdte van de vleugel te delen door de oppervlakte van de vleugel. Zoals je kunt zien in het plaatje hierboven, de Schleicher ASH 31 heeft een AR van 33,5 terwijl de Piper Cherokee AR heeft van 5,6.
Vleugels met een hoge aspect ratio produceren minder geïnduceerde weerstand, dat is wat zwevers zo efficiënt maakt. Waarom hebben dan niet alle vliegtuigen een hoge aspect ratio?
Daar zijn verschillende redenen voor.
Ten eerste, ze buigen meer dan kortere vleugels, wat betekent dat ze moeten worden ontworpen met sterkere ontwerp specificaties. Omdat zweefvliegtuigen licht zijn is het buigen niet heel problematisch. Maar met zwaardere vliegtuigen wordt een hoge aspect ratio wel onpraktisch en duur. Ook zijn vleugels met een hoge AR gevoeliger voor kromtrekken wanneer de rolroeren worden gebruikt. Door de relatief lage snelheid van zweefvliegtuigen niet direct een issue, bij vliegtuigen die zeer snel vliegen echter wel.
Wendbaarheid is een andere belangrijke factor. Vleugels met een hoge AR zijn minder wendbaar, omdat ze een groter traagheidsmoment hebben. Denk aan een koorddanser: ze dragen een lange staaf om zichzelf in evenwicht te houden en te voorkomen dat ze snel naar links of rechts vallen. Prima als je rechtdoor wilt vliegen, maar niet zo fijn als je snel wilt rollen naar links of rechts.
Tenslotte bepalen de luchthavens de spanwijdte die een airliner kan hebben. Neem de Boeing 777 bijvoorbeeld. De 777 heeft een aspect ratio van ongeveer 9. Als het een AR van 30+ zou hebben gehad, zou het niet in staat om te parkeren in de buurt van een andere vliegtuigen en de vleugels zouden zo lang zijn dat ze over de taxibanen hangen zijn tijdens het opstijgen en landen, uiteraard niet echt handig.
Stuurvlakken
Net als de meeste vliegtuigen, hebben zweefvliegtuigen rolroeren, een richtingsroer, en een hoogteroer om te vliegen. Flaps kunnen zijn gemonteerd om de extra weerstand en lift te produceren. Zweefvliegtuigen hebben ook kleppen die, wanneer ze worden gebruikt, de luchtstroom drastisch verstoren waardoor de weerstand wordt verhoog en de lift wordt verlaagd. Zodat de piloot de landingsplek nauwkeurig kan bepalen.
Een ander belangrijk verschil tussen de motorvliegtuigen en zweefvliegtuigen is dat zweefvliegtuigen doorgaans maar één landingsgestel hebben, direct onder de cockpit. Met slechts één wiel bespaart dit veel gewicht, maar wat gebeurt er met de vleugels bij het opstijgen en landen als je maar één wiel hebt? De vleugeltippen worden beschermd door klossen of kleine wielen, en in de landing worden de vleugels recht gehouden totdat de snelheid van de kist zo laag is dat een vleugel langzaam de grond raakt.
De start van een zweefvliegtuig
Ook starten zweefvliegtuigen anders dan een motorvliegtuig. Er zijn twee populaire en gangbare startmethodes:
1) per sleep: Een motorvliegtuig sleept het zweefvliegtuig in de lucht met behulp van een lang touw. In de cockpit maakt de zweefvlieger gebruik van een ontkoppel mechanisme om zich van de sleepkabel los te maken. Als het zweefvliegtuig op de juiste hoogte en plek is aangekomen wordt de kabel ontkoppelt. Het sleepvliegtuig draait dan naar links-onder weg en de zwever naar rechts.
Een derde is in opkomst, dat zijn zwevers met een inklapbare motor, meestal achter in de romp verwerkt. Deze wordt ook gebruikt om te starten. Of al de thermiek op is kortstondig hoogte te winnen.
In de vlucht
De glijhoek is een waarde die mede de prestatie van een zweefvliegtuig bepaalt; veel moderne zweefvliegtuigen hebben een glijhoek richting de 1:60. Dit betekent dat als je begint op een hoogte van 1 km, je 60 km kunt glijden. Ter vergelijking: een Boeing 747 heeft een glijhoek van 1:15.
Maar als glijhoek het enige is wat zweefvliegtuigen in de lucht houdt dan vliegen ze niet zo heel lang. Dus hoe blijven ze dus soms uren in de lucht? Door het vinden van stijgende lucht!
Er zijn 3 verschillende soorten van de stijgende lucht die zweefvliegers gebruiken:
1) Thermiek dit zijn kolommen of bellen van stijgende lucht die worden gevormd door de opwarming van het aardoppervlak. Lucht bij de grond warmt op en heeft een andere temperatuur dan de lucht er net boven. Bepaalde soorten terrein absorberen de warmte van de zon sneller dan anderen, zoals: asfalt, donkere velden, rotsachtig terrein, enz. De laag lucht daar net boven wordt dan door de grond verwarmt. Als het dan een beetje waait en/of het temperatuurverschil is groot genoeg dan laat deze verwarmde lucht op een gegeven moment het aardoppervlak los. Dan ontstaan er thermiek slurven of losse thermiek bellen, zoals de belletjes in een kokende pan met water.
Thermiek – Warme opstijgende lucht
Nieuw gevormde stapelwolken of vogels die stijgen zonder te klapperen met hun vleugels, zijn meestal tekenen van thermische activiteit. Een zweefvlieger zoekt naar deze stijgende pakketjes warme lucht om te gaan “thermieken”. Deze pakketjes warme opstijgende lucht zijn letterlijk kolommen of bellen. Een zweefvlieger zal dus rondjes moeten vliegen om in deze opstijgende lucht te blijven en hoogte te winnen.
2) Hellingstijgwind wordt gecreëerd door de wind die tegen bergen, heuvels of andere ruggen waait. Langs de bovenwindse kant van de berg vormt zich een band van opstijgende lucht, eigenlijk is dit door een obstakel naar boven geduwde lucht. Hellingstijgwind is normaal gesproken maar te benutten tot een paar honderd meter boven het terrein. Soms zijn deze heuvels kilometers lang en daardoor kunnen toch enorme afstanden door zweefvliegtuigen worden afgelegd langs de helling.
Hellingstijgwind – Aan de loef zijde van de heuvel
3) Golf is vergelijkbaar met hellingstijgwind omdat er ook heuvels of bergen voor nodig zijn. Echter, golf ontstaat vaak aan de lijzijde (benedenwindse kant) van de berg door de wind die over de top waait. Golf kan worden geïdentificeerd door lenticulaire wolkenformaties – ze lijken op vliegende schotels. Golf stijgen kan zweefvliegtuigen tot duizenden meters hoogte brengen.
Golf – Lijzijde van de berg
Detecteren van lift en slippen
De variometer in je cockpit vertelt de vlieger of hij stijgt of daalt. Als je in een zweefvliegtuig vliegt en de variometer wijst ineens stijgen aan zit je waarschijnlijk in een thermiekbel en zul je moeten proberen hier in te blijven vliegen.
Een zweefvliegtuig kan schuin door de lucht gaan, door bijvoorbeeld het niet recht houden van het richtingsroer. Hierdoor heeft de kist een grotere weerstand omdat de romp gedeeltelijk schuin op de luchtstroom vliegt. Zweefvliegers hebben een ingenieus instrument(je) bedacht om te controleren of je recht vliegt, een klein wollen draadje dat aan de buitenkant van de cockpitkap is geplakt. Deze moet recht staan, staat deze naar links of rechts dan is zal dit worden gecorrigeerd.
Ballast
Sommige zweefvliegtuigen hebben ballasttanks in de vleugel die kunnen worden gevuld met water. Zwaardere zweefvliegtuigen zakken harder dan lichtere zweefvliegtuigen. De glijhoek wordt echter niet door de ballast beïnvloed, want terwijl een zwaardere zweefvliegtuig sneller zakt, doet hij dat wel bij een hogere snelheid. Daardoor zal het vliegtuig dus sneller afstanden kunnen afleggen dan zonder ballast, wel moet er natuurlijk voldoende stijgen worden gevonden. De waterballast kan op elk moment worden geloosd door de waterkranen open te zetten. Bijvoorbeeld ingeval dat het stijgen gedurende de vlucht afneemt en om met een laag gewicht te kunnen landen. Het meenemen van ballast wordt veel gedaan bij het overland- en wedstrijdvliegen.
Landing
Ook bij de landing zijn een paar belangrijke verschillen met motorvliegtuigen. Ten eerste kan zweefvliegtuig geen energie toevoegen als ze de landingsplek niet te halen. Om te zorgen dat dit niet gebeurt zal een zweefvliegtuig relatief hoog en stijl binnenkomen. Pas als ze met zekerheid de landingsplaats halen, zullen ze middels de remkleppen zorgen dat de naderingshoek wordt vergroot. Hierop wordt natuurlijk veel geoefend in de opleiding tot zweefvlieger.
De landing zelf is niet echt verschillend van dat in een motorvliegtuig, er wordt ook afgevangen totdat er geen lift meer is en proberen daarna zo zachtjes mogelijk de grond te raken. Aangezien zwevers maar een hoofd wiel hebben zal uiteindelijk een tip de grond raken.
Zweefvliegtuigen zijn ongelooflijk mooie vliegtuigen, en met de juiste weersomstandigheden, kan men honderden km vliegen en duizenden meters hoog komen en snelheden bereiken tot wel 300 km/uur. Het zorgvuldige aerodynamisch ontwerp maakt deze vogels snel en uniek.
En als je nooit de kans hebt gehad een zweefvliegtuig (te leren) vliegen, dan raden we je aan het eens te proberen.
CU under the Cu
Frank
Met toestemming van de auteur vrijelijk vertaald uit het Engels.
Eerst verschenen op 17 maart 2015 via BoldMethod.com, geschreven door Swayne Martin