Definición y significado de fijnheid

De fijnheid van een vleugelprofiel, een vleugel of een vliegend tuig met zweefcapaciteiten is de verhouding tussen de weerstandskracht (F_x) en de draagkracht (F_z). Nuttiger is evenwel de omgekeerde versie als het over een goed begrip van de aerodynamische werking gaat. "Eén op de fijnheid" is de verhouding van de draagkracht over de weerstandskracht.

LET OP : Als de fijnheid vergroot (in de courante spreektaal) dan wordt de vleugel fijner en de waarde van f kleiner

In formulevorm ziet dit er als volgt uit

Waarbij:

  Krachten

Hoe op een vleugel deze krachten ontstaan, vind je in o.a. het onderwerp vleugel. Hoe groot deze krachten zijn, wordt aerodynamisch aangetoond in gespecialiseerde literatuur.

Je merkt dat zowel drag als lift functie zijn van de soortelijke massa (ρ) van het medium. In het geval van de lucht is dit ±.

F_z en F_x zijn eveneens afhankelijk van de snelheid waarmee de vleugel door de lucht beweegt. Dit is de relatieve luchtsnelheid. Relatief omdat deze ten opzichte van de vleugel is.

Anderzijds stel je vast dat de oppervlakte van de vleugel (A), nl het planvorm, de beide waarden beïnvloedt.

Naast deze bevatten beide formules ook nog een specifiek coëfficiënt. En net deze is aerodynamisch interessant. De coëfficiënt groepeert alle andere parameters die niet voorkomen in de formule maar die een invloed uitoefenen op de weerstand en de draagkracht.

  Rendement

Het is duidelijk dat de wijze waarop je een vleugel gebruikt, hoe economisch met ander woorden, afhangt van de verhouding van de Lift t.o.v. de Drag.

Immers als je een grotere draagvermogen zou kunnen bekomen bij gelijkblijvende weerstand dan kan je meer aan de vleugel hangen, meer gewicht meenemen voor hetzelfde motorvermogen. De weerstand bepaalt het vermogen dat de motor moet leveren en het daaraan gelinkte verbruik. Concreet houdt dit in dat de verhouding, het rendement (η), stijgt.

Anderzijds als je voor hetzelfde draagvermogen technisch minder weerstand zou kunnen bewerkstelligen, dan kan je evenveel aan de vleugel hangen of evenveel gewicht mee nemen door minder motorvermogen te leveren en dito verbruik. Ook in dit geval stijgt dus η.

Wat er ook van zij, als je op beide elementen in de breuk gaat ingrijpen is de beste situatie steeds F_z zo groot mogelijk en F_x zo klein mogelijk. Concreet in wetenschappelijk jargon betekent dit het rendement η optimaliseren.

Wat hiervoor literair is uitgeschreven vertaalt zich in formulevorm als

of

Dus zie je dat eigenlijk het rendement = 1 / fijnheid

Hoe kleiner dus de fijnheid of hoe fijner het vleugelprofiel hoe beter het rendement.

  Optimalisatie

  Fijnheid bij profielen

De waarde van de fijnheid bij een profiel hangt dus louter van de profielkenmerken af die terug te vinden zijn in de coëfficiënten

Cz & Cx → f{α,d,f,Re,vorm,:, oppervlakteruwheid μ , ...}

Bij een profiel is een zeer voorname factor de parasitaire weerstand die de fijnheid beïnvloedt. Dus als deze stijgt, verkleint het rendement.

  Fijnheid bij vleugels

  Luchtwervel of vortex zichtbaar gemaakt met gekleurde rook

bij een gehele vleugel, een samenvoeging van oneindig aantal profielen, komen bij de kenmerken van het profiel nog de vleugelkenmerken. Vleugelkenmerken volgen uit de vleugelvorm of planvorm

De oorsprong hiervoor is terug te vinden in de geïnduceerde weerstand die boven op de parasitaire weerstand komt. De geïnduceerde weerstand is gevolg van de vortex aan de vleugel tippen. De invloed daalt als een vleugel smaller (koorde kleiner) en wijder (grotere spanwijdte) wordt.

hoe smaller en wijder de vleugel hoe groter de fijnheid.

  Fijnheid bij vliegende tuigen met zweefcapaciteiten

Waar je bij een profiel of een vleugel de fijnheid nog op een algemeen wetenschappelijke basis kon benaderen is dit niet meer mogelijk van zodra je een vleugel op een vliegend toestel zet. De diversiteit is te groot om dit nog algemeen te stellen. Op dat ogenblik doet men dit specifiek naar het toestel.

Een paar voorbeelden duiden dit: Vliegtuig = fijnheid beïnvloed door romp, verticaal staartvlak, landingsgestel, ... Paramotor = fijnheid beïnvloed door schermlijnen, rugmotor, lichaam persoon, ... DPM = fijnheid beïnvloed door de structuur, kader, buizen, ...

Meten is hierbij eigenlijk de zeer eenvoudige methode om de uiteindelijke fijnheid te kennen.

  Glijgetal

Het glijgetal G (En: Glide ratio maar let op Fr: Finesse) is het omgekeerde van de fijnheid of "één over de fijnheid". Het glijgetal is hierdoor ook de verhouding tussen de horizontale afgelegde en de verticaal afgelegde afstand in dezelfde tijdspanne of ook een verhouding van snelheden.

Het glijgetal is alleen afhankelijk van de vleugel waarop toegepast en zeker niet van het gewicht. Dat volgt uit de fijnheid, een formule waarin het gewicht niet voor komt. Het glijgetal is dé facto een natuurconstante eigen aan de vleugel.

Je hebt een maximum glijgetal naar gelang de configuratie (vb al dan niet gebruik van de vleugelkleppen, de invalshoek, ...). In het jargon wordt dit maximum vaak "Het glijgetal" genoemd om de kwaliteit aan te duiden in de beste configuratie en zonder wind.

Omdat zowel in de horizontale als in verticale snelheid van de vleugel hetzelfde tijdselement zit, is het glijgetal ook gelijk aan de verhouding van de snelheden.

  Een voorbeeld

Neem een zweefvliegtuig en ga naar een zekere hoogte. Breng het toestel in horizontale vlucht, blokkeer de stuurknuppel mooi in de neutrale stand en laat het zijn gang gaan. De natuur zal zoeken naar het grootste rendement en de zwever in een glijvlucht brengen waarbij de kleinste gelijkhoek wordt aangenomen.

  Wiskundig verband

De fijnheid is de tangens van de glijhoek.

f = tg γ

γ = arctg f

  Grootteorde

Hieronder enkele waarden voor het glijgetal, fijnheden en glijhoeken

  Synomiemenlijst

Een aantal termen worden in de aerodynamica vaak door mekaar gebruikt om hetzelfde aan te duiden.