De draagkracht van een vleugel

De vleugel

Uitvoerders: Melanie van Heck en Ido Bruinsma (Over Betuwe College). De vorm van een vleugel is zodanig dat de lucht boven de vleugel een langere weg moet afleggen dan onder. Hierdoor is boven de vleugel de stroomsnelheid groter en de druk dus lager dan onder de vleugel. Dit drukverschil levert een opwaartse kracht; de draagkracht. Melanie en Ido willen bepalen hoe de draagkracht F$$_d afhangt van de hoek a die de vleugel met de horizontaal (de grond) maakt. Ze zijn vooral geïnteresseerd in de hoek waarbij de draagkracht maximaal is. Om deze vragen te kunnen beantwoorden, hebben Melanie en Ido de vleugel van een modelzweefvliegtuig gebruikt. Deze vleugel is in een stellage gezet, aan de zijkant hiervan is een gradenboog aangegeven. De stand van de vleugel in deze stellage is variabel. Het geheel is met dubbelzijdige plakband op een weegschaal geplaatst. Met een ventilator wordt nu een luchtstroom langs de vleugel gecreëerd, waardoor de draagkracht kan optreden. De opstelling is te zien in de onderstaande figuur.

Door de stand van de vleugel te variëren en het gewicht te meten, kan het verband tussen de draagkracht $F$_d en de hoek a gevonden worden. De vleugel ging echter draaien door de wind. Om dit te verhelpen zijn er statieven tegen de vleugel aan gezet. Dit drukt de vleugel echter naar beneden, waardoor het gewicht verandert. Als in deze situatie de weegschaal op nul gezet wordt, kan de draagkracht toch bepaald worden. Tijdens de metingen is de windsnelheid op 36 km/h en de afstand tussen ventilator en vleugel op 77 cm gehouden.

Uit de resultaten blijkt dat het verband gegeven wordt door: $F$_d = 0.2970 + 0.0190a . Dit is echter een onnauwkeurige benadering, omdat Melanie en Ido ervan uit zijn gegaan dat het verband lineair is. De meetresultaten laten alleen een lineair verband zien in het domein tussen -10° en 25° . De relatie is dan: $F$_d = 0.3170 + 0.0293a . De vleugel ondervindt de grootste draagkracht bij een hoek van 25° tussen vleugel en horizontaal. Het is echter niet zeker of een vliegtuig bij deze hoek kan vliegen, omdat de vleugel gaat draaien.