Niet te veel vertragen

Verhoog de aanvalshoek en de liftkracht neemt een tijdje toe. Dan verandert er iets. Bij de kritieke aanvalshoek, in het voorbeeldmodel ongeveer 15°, maakt de gladde luchtstroming over de bovenkant van de vleugel zich los van het oppervlak en valt uiteen in wervelingen. De liftkracht daalt en de luchtweerstand neemt toe. Dit heet overtrek.

Twee dingen die je meteen goed moet onthouden:

• Overtrek heeft niets te maken met het afslaan van de motor. Een vliegtuig kan overtrokken raken terwijl de motor op vol vermogen draait, en een zweefvliegtuig heeft helemaal geen motor.
• Overtrek wordt veroorzaakt door de aanvalshoek, niet door de snelheid. Een vleugel raakt overtrokken wanneer α voorbij de kritieke hoek gaat, en dat kan bij elke snelheid gebeuren.

De overtreksnelheid. Bij een horizontale vlucht is de liftkracht gelijk aan het gewicht. Bij de grootst mogelijke liftcoëfficiënt, C_Lmax, is de snelheid het laagst waarbij de vleugel het gewicht nog kan dragen:

V_s = √( 2W / (ρ S C_Lmax) )

Voor het voorbeeldvliegtuig: W = 9.810 N, ρ = 1,225, S = 16 m², C_Lmax = 1.6. Dan is V_s = √(19.620 / 31,36) ≈ 25 m/s, oftewel ongeveer 90 km/h of 49 knopen. Dit komt overeen met de laatste regel van de tabel in les 2.

Wat beïnvloedt de overtreksnelheid?

• Gewicht. Het staat onder een vierkantswortel. 20 procent meer gewicht (1.200 kg) geeft V_s × √1,2 ≈ 27,4 m/s.
• Dichtheid. Hoger in de lucht is de lucht ijler. Op 3.000 m in de standaardatmosfeer (ρ ≈ 0,91) gebeurt de overtrek bij een ware luchtsnelheid van ongeveer 29 m/s.
• Kleppen. Ze verhogen C_Lmax. Met C_Lmax = 2,0 is V_s ≈ 22,4 m/s.
• Belastingsfactor. In een bocht of bij een pull-up moet de vleugel meer dan het gewicht dragen: de overtreksnelheid neemt toe met √n. Bij n = 2 raakt het voorbeeldvliegtuig overtrokken bij ongeveer 35 m/s. Bekijk Wereld 2 om te zien hoe dit samenhangt met de hellingshoek.

Waarom laat de stroming los? Langs de bovenkant van de vleugel versnelt de lucht eerst en daalt de druk. Daarna moet de lucht weer afremmen en de druk herstellen richting de achterrand. De lucht vlak bij het oppervlak (de grenslaag) is langzaam en verliest energie. Bij een grote hoek is het drukherstel zo plotseling dat deze langzame laag er niet tegenin kan stromen, tot stilstand komt, terugstroomt en loslaat van het oppervlak. Alles stroomafwaarts van dat punt is een turbulente zog en de lift stort in. Het Flow Lab laat zien waarom een potentiële stroming nooit loslaat en echte vleugels wel.

Hoe voelt het? Vóór de overtrek kan een vleugel gaan trillen en schudden wanneer de stroming uit elkaar begint te vallen. Daarna zakt een vleugel of de neus van het vliegtuig vaak omlaag. Het natuurkundige principe op hoofdlijnen voor herstel volgt uit de oorzaak: het probleem is een te grote aanvalshoek, dus de oplossing is de aanvalshoek te verkleinen (door de trekkracht aan de stuurknuppel te verminderen en de neus ten opzichte van de luchtstroom omlaag te brengen). Hoe je een bepaald vliegtuig uit een overtrek haalt, wordt door instructeurs tijdens de training voor dat type aangeleerd.