Hoe vliegt een vliegtuig?

Aerodynamica

Aerodynamica, zo noemen we het krachtenspel dat zich afspeelt als een voorwerp door de lucht beweegt. Aerodynamica komen we bijvoorbeeld ook tegen bij zeilen en bij windmolens. Als we een dwarsdoorsnede van een vleugel bekijken dan zien we dat de bovenkant een stuk boller is dan de onderkant. Laten we eens twee luchtdeeltjes in de gaten houden. De één volgt de bovenkant van de vleugel en de ander de onderkant. Het is duidelijk dat er langs de bovenkant een langere weg moet worden afgelegd. Oftewel, de snelheid van de lucht aan de bovenkant van de vleugel is groter dan aan de onderkant van de vleugel.

Menigeen heeft vroeger op school wel eens gehoord van de wet van Bernoulli. Die zegt namelijk dat als een gas (in dit geval lucht) sneller stroomt, de druk daar afneemt. Dat is dus ook precies wat er bij een vleugel gebeurt. De druk aan de bovenkant van de vleugel is beduidend lager dan de druk aan de onderkant van de vleugel.

Luchtstroming

Nu hebben we dus de reden te pakken waarom een vliegtuig vliegt. We ‘hangen’ eigenlijk aan de lucht omdat er aan de bovenkant van de vleugel een lagere druk heerst dan aan de onderkant. Voorwaarde is echter wel dat die vleugel ook daadwerkelijk beweegt. Er moet sprake zijn van luchtstroming, anders ontstaat dat drukverschil niet.

Voor die voortstuwing hebben we dus motoren nodig. Deze zorgen ervoor dat de vleugel snelheid krijgt t.o.v de omringende lucht. Er ontstaat een evenwicht waarbij we horizontaal twee krachten zien. Enerzijds de voortstuwende kracht van de motoren, daartegenover staat de weerstand van het vliegtuig. Verticaal zien we de lift, die omhoog gericht is. Daartegenover staat het gewicht.

Vliegen zonder motoren

Zelfs als de motoren ermee zouden ophouden, wat zeer zelden gebeurt, dan kan het vliegtuig glijdend een grote afstand afleggen. Iedere vlucht als we bijna bij onze bestemming zijn en de daling inzetten, nemen we het vermogen van de motoren terug. Dat kun je als passagier aan boord ook horen. We zetten de motoren weliswaar niet uit, maar ze draaien nu stationair. Ze leveren in elk geval geen stuwkracht van betekenis. Het effect is vergelijkbaar met een motor die daadwerkelijk uitgevallen is.

Een daling duurt vaak nog zo’n 20 minuten. In die tijd leggen we ‘glijdend’, afhankelijk van het vliegtuigtype, circa 120 mijl (zo’n 220 km) af. We vliegen dan eigenlijk met een groot zweefvliegtuig.

Vleugelonderdelen

Mocht je in het vliegtuig bij het raam zitten bij de vleugel, dan heb je een razend interessante plek. Hier gebeurt namelijk van alles: aan de voor-, achter- en bovenkant van de vleugel zie je allerlei ‘dingen’ bewegen.

Een vleugel is ontworpen om optimale lift te leveren bij normale snelheid, de kruissnelheid noemen we dat, en die is voor een straalvliegtuig al snel zo’n 850 km/uur. Met deze snelheid kunnen we uiteraard niet starten en landen, want dan zouden we veel langere start- en landingsbanen nodig hebben.

Foto: Ramon Kok

Flaps

De lift die een vleugel levert hangt af van de snelheid, maar ook van de bolling van de vleugel. Die bolling passen we aan bij start en landing zodat de vleugel bij een lagere snelheid toch genoeg lift levert. We doen dit met zogenoemde flaps. Dit zijn grote vlakken aan de achterkant van de vleugel, die we in stapjes uit kunnen schuiven. Veel vliegtuigen hebben ook aan de voorkant van de vleugel flaps, soms ook slats genoemd.

Na de start, als het vliegtuig versnelt, gaan de flaps geleidelijk weer ‘naar binnen’.

Ailerons

Toch zien we ook tijdens de vlucht bewegende delen aan de achterkant van de vleugel. Dit zijn de zogenaamde rolroeren of ailerons. Deze gebruiken we om een bocht te maken en het vliegtuig dwarshelling te geven. Door op deze manier de bolling van de vleugel te variëren zorgen we ervoor dat één van de vleugels meer lift geeft dan de andere.

Bij een linkerbocht gaat het rolroer aan de rechtervleugel omlaag, meer bolling en dus meer lift, terwijl die aan de linkervleugel juist omhoog gaat.

Foto: Ramon Kok

Speedbrakes

Tenslotte hebben we aan de bovenkant van de vleugel nog grote platen die omhoog kunnen komen. We noemen ze ook wel de speedbrakes, maar die naam dekt niet helemaal de lading. Het is namelijk niet echt een rem, maar een “verstoorder” van het vleugelprofiel. Hierdoor wordt de lift minder, en kunnen we sneller zakken als dat nodig is.

Als ik er zo over nadenk, dan blijft het toch fantastisch dat zo’n groot vliegtuig ogenschijnlijk moeiteloos de lucht in gaat. Het is welliswaar geen rocket science, maar toch een knappe vent die Bernouilli. Het besturen van het vliegtuig is gelukkig een stuk eenvoudiger.