Hoe zweefvliegtuigen vliegen, en hoe ze anders zijn dan motorvliegtuigen

Hoewel vliegtuigen en zweefvliegtuigen veel ontwerp-, aerodynamische-, en besturingsfactoren delen, verandert het ontbreken van een motor fundamenteel de manier waarop een zweefvliegtuig vliegt.

Gestroomlijnde romp

Omdat er geen motor is die ruimte inneemt, is de grootte van een zweefvliegtuig afgestemd op de lading die het vervoert; de romp is ontworpen om zo klein en licht mogelijk te zijn. De meeste zweefvliegtuigen hebben zitplaatsen voor twee personen in de kleine cockpit, met de piloten in een liggende positie, in tegenstelling tot motorvliegtuigen, waar de piloten meestal rechtop zitten. Waarom dit verschil? Door achterover te leunen, kunnen de cockpit en de kap meer gestroomlijnd zijn, waardoor minder luchtweerstand ontstaat tijdens de vlucht.

Het oppervlak van de romp van een zweefvliegtuig is ontworpen om zo glad mogelijk te zijn, zodat het vliegtuig door de lucht kan vliegen met weinig parasitaire luchtweerstand. De vroegste zweefvliegtuigen werden gemaakt van hout bedekt met canvas; latere versies werden gemaakt van geklonken structurele aluminium huiden. Helaas, de naden en klinknagels typisch voor aluminium verminderden de prestaties aanzienlijk als gevolg van parasitaire weerstand, dus zweefvliegtuigen bleven zich aanpassen. Vandaag de dag zijn veel geavanceerde zweefvliegtuigen gemaakt van naadloze materialen zoals glasvezel en koolstofvezel.

High Aspect Ratio Wings

Zweefvliegtuigen hebben vleugels met een hoge hoogte-breedteverhouding, wat betekent dat ze langer en smaller zijn dan vleugels van normale, gemotoriseerde vliegtuigen.

De hoogte-breedteverhouding wordt berekend door het kwadraat van de spanwijdte van de vleugel te delen door het oppervlak van de vleugel. Zoals je kunt zien in het diagram hierboven, heeft de Schleicher ASH 31 zweefvliegtuig een hoogte-breedteverhouding van 33,5, terwijl de Piper Cherokee een hoogte-breedteverhouding heeft van 5,6.

Hoge hoogte-breedteverhouding vleugels produceren minder geïnduceerde weerstand, dat is wat ze zo efficiënt maakt op zweefvliegtuigen. Dus waarom hebben niet alle vliegtuigen vleugels met een hoge hoogte-breedteverhouding? Er zijn verschillende factoren

Eerst, vleugels met een hoge hoogte-breedte verhouding buigen meer dan kortere vleugels, wat betekent dat ze moeten worden ontworpen met sterkere ontwerpspecificaties. Omdat zweefvliegtuigen licht zijn, is het buigen niet zo’n probleem. Maar bij zwaardere vliegtuigen, zoals vliegtuigen, zou een vleugel met een hoge hoogte-breedte verhouding onpraktisch zijn. Verder zijn vleugels met een hoge hoogte-breedte verhouding gevoeliger voor vleugelvervorming wanneer rolroeren worden gebruikt. Omdat zweefvliegtuigen met relatief lage snelheden vliegen, is het kromtrekken van de vleugel niet zo uitgesproken, maar in een snel vliegtuig zou het een echt probleem zijn.

Wendbaarheid is een andere belangrijke factor. Vleugels met een hoge hoogte-breedteverhouding verminderen de wendbaarheid, omdat ze een hoger traagheidsmoment hebben. Zie het als een koorddanser: ze dragen een lange staaf om zichzelf in evenwicht te houden, zodat ze niet snel naar links of rechts kunnen vallen. Dat is geweldig als je op één plek wilt blijven, maar niet zo geweldig als je snel naar links of rechts wilt bewegen (of rollen).

Ten slotte beperkt de grootte van een vliegveld de hoogte-breedteverhouding die een vliegtuig kan hebben. Neem bijvoorbeeld de Boeing 777. De 777 heeft een hoogte-breedteverhouding van ongeveer 9. Als hij een hoogte-breedteverhouding van meer dan 30 zou hebben, zou hij niet in de buurt van andere vliegtuigen op het platform kunnen parkeren, en de vleugels zouden zo lang zijn dat ze bij het opstijgen en landen over de taxibanen zouden hangen.

Besturingsvlakken

Zweefvliegtuigen gebruiken, net als de meeste vliegtuigen, rolroeren, een richtingsroer, en een hoogteroer om te vliegen. Kleppen zijn gemonteerd op zweefvliegtuigen om de daalsnelheid te controleren door het produceren van weerstand en het verhogen van lift. Veel moderne zweefvliegtuigen maken ook gebruik van luchtremmen of spoilers die, wanneer gebruikt, de luchtstroom over de vleugel drastisch verstoren, waardoor de luchtweerstand toeneemt en de lift afneemt.

Een ander belangrijk verschil tussen gemotoriseerde vliegtuigen en zweefvliegtuigen is dat zweefvliegtuigen normaal gesproken slechts één landingsgestel hebben, direct onder de piloot. Dat scheelt een hoop gewicht, maar wat gebeurt er met de vleugels bij het opstijgen en landen als je maar één landingsgestel hebt? De vleugeltips worden beschermd door glijders of kleine wielen, en wanneer het zweefvliegtuig landt, komt het tot rust op het hoofd landingsgestel en een van de vleugeltips.

Glider Takeoff

Omdat ze geen motoren hebben, gebruiken zweefvliegtuigen normaal een van de twee methoden om van de grond te komen:

1) Aero-Tow: Een aangedreven vliegtuig sleept het zweefvliegtuig in de lucht met behulp van een lange kabel. In de cockpit, gebruikt de zweefvlieger een snelsluit mechanisme om de sleepkabel los te laten. Zodra het zweefvliegtuig op een gewenste hoogte is, wordt het touw losgelaten en het zweefvliegtuig en het sleepvliegtuig draaien in tegengestelde richtingen.

2) Lier lancering: Een motor op de grond drijft een lier aan, die is aangesloten op een kabel lanceersysteem. De kabel is dan bevestigd aan de onderkant van het zweefvliegtuig. Zodra de lier wordt geactiveerd, wordt het zweefvliegtuig met hoge snelheid over de grond getrokken in de richting van de lier en stijgt op. In een korte tijd wint het zweefvliegtuig aanzienlijke hoogte tijdens dit proces en laat de lier lijn los voor de verdere vlucht.

In Flight

Glide ratio meet de prestaties van het zweefvliegen van een vliegtuig; veel moderne zweefvliegtuigen hebben een glide ratio beter dan 60:1. Dit betekent dat als je begint op een hoogte van 1 mijl, je 60 mijl kunt zweven. Ter vergelijking, een Boeing 747 heeft een glijverhouding van 15:1.

Maar als het glijvermogen het enige was wat zweefvliegtuigen in de lucht hield, zouden ze niet erg lang vliegen. Dus hoe blijven ze in de lucht? Er zijn 3 soorten stijgende lucht die zweefvliegers gebruiken:

1) Thermiek zijn kolommen van stijgende lucht die ontstaan door de opwarming van het aardoppervlak. Lucht dichtbij de grond zet uit en stijgt op als het aardoppervlak wordt verwarmd. Bepaalde soorten terrein absorberen de zon sneller dan andere, zoals: asfaltparkeerplaatsen, donkere velden, rotsachtig terrein, enz. Deze plekken absorberen warmte, en verwarmen de lucht erboven, waardoor thermische luchtstromen ontstaan.

Nieuw gevormde cumuluswolken, of vogels die zweven zonder met hun vleugels te slaan, zijn typische tekenen van thermische activiteit. Wanneer een zweefvlieger aan het “thermieken” is, zoekt en rijdt hij op deze thermische kolommen. En omdat de thermiek vaak slechts een klein gebied kan bestrijken, houdt thermiek vaak een strakke draai in om binnen de zak van stijgende lucht te blijven.

2) Ridge Lift wordt gecreëerd door wind die tegen bergen, heuvels of andere bergkammen blaast. Langs de loefzijde van de berg wordt een band van lift gevormd waar de lucht door het terrein omhoog wordt geleid. Typisch, strekt de ridge lift zich slechts een paar honderd voet hoger uit dan het terrein dat het veroorzaakt. Piloten zijn bekend om te gaan “ridge soaring” voor duizenden mijlen langs bergketens.

3) Golf lift is vergelijkbaar met ridge lift in dat het wordt gemaakt wanneer wind ontmoet een berg. Golfslag ontstaat echter aan de lijzijde (benedenwinds) van de bergtoppen door wind die over de top van de berg gaat. Golfslag kan worden herkend aan lensvormige wolkenformaties – ze lijken op vliegende schotels. Golfslag kan duizenden meters hoog zijn, en zweefvliegtuigen die op golfslag vliegen kunnen hoogtes bereiken van 35.000+ voet.

Ontdekken van Lift en Yaw

De verticale snelheidsmeter in je cockpit vertelt je of je aan het klimmen of dalen bent. Als je een zweefvliegtuig vliegt en plotseling de verticale snelheidsindicator omhoog ziet springen, heb je waarschijnlijk een thermische kolom geraakt en moet je proberen zo lang mogelijk binnen de stijgende lucht te blijven.

Het zweefvliegtuig glijdt of slipt door de lucht als het niet recht in de richting wijst waarin het vliegt, ten opzichte van de luchtmassa er omheen. Een touwtje op het windscherm geeft aan een zweefvlieger aan of het zweefvliegtuig al dan niet recht vliegt (het touwtje is recht) of dat het giert (het touwtje is naar rechts of naar links). In het algemeen proberen zweefvliegers de pees recht te houden, omdat de minste weerstand wordt geproduceerd wanneer ze recht door de lucht vliegen.

Ballast

Sommige zweefvliegtuigen dragen ballasttanks gevuld met water. Zwaardere zweefvliegtuigen zinken sneller dan lichtere zweefvliegtuigen. De zweefverhouding wordt niet beïnvloed door het gewicht, want hoewel een zwaarder zweefvliegtuig sneller zinkt, zal het dit doen met een hogere snelheid. Het zweefvliegtuig komt sneller naar beneden met meer gewicht, terwijl het dezelfde hoeveelheid afstand aflegt; dit is ideaal voor cross-country vliegen. Een zwaarder zweefvliegtuig, vol met ballast, heeft een verminderde klimsnelheid en een kortere vliegduur terwijl in een lift omgeving. Water ballast kan op elk moment worden geloosd door middel van dump kleppen om deze vliegeigenschappen te minimaliseren, en om af te remmen voor de landing.

Landen

Vergeleken met de landing in een gemotoriseerd vliegtuig, zijn er een paar belangrijke verschillen bij het vliegen met een zweefvliegtuig. Ten eerste kunnen zweefvliegtuigen geen vermogen toevoegen als ze de landingszone niet zullen halen. Het lijkt misschien een eenvoudig concept, maar zweefvliegtuig piloten zijn getraind om hun aanpak te beoordelen, zodat ze niet te kort landen, en altijd wachten tot ze er zeker van zijn dat ze het veld hebben gemaakt voordat ze luchtweerstand introduceren door middel van flaps of spoilers.

De landing zelf is niet al te verschillend van die in een vliegtuig, je flare totdat de lift vermindert, en probeert licht te landen. Omdat zweefvliegtuigen één wiel hebben, is het een beetje een evenwichtsoefening om de vleugels zo lang mogelijk van de grond te houden.

Gliders zijn ongelooflijke vliegtuigen, en met de juiste atmosferische omstandigheden, kunnen ze uren of dagen achtereen in de lucht blijven. Het zorgvuldige aërodynamische ontwerp dat bij de bouw van een zweefvliegtuig wordt toegepast, maakt deze vogels snel en uniek.

En als je nog nooit de kans hebt gehad om met een zweefvliegtuig te vliegen, raden we je aan om het eens te proberen.