Starten van een zweefvliegtuig.
Er zijn meerdere mogelijkheden om een zweefvliegtuig te starten. Welke manier men kiest hangt af de van de hoogte die men wil bereiken, de mogelijkheden die het vliegterrein biedt en natuurlijk de voorkeur van de vlieger. Voor een lierstar of een start met een rubberkabel is veel ruimte nodig en voor “huckepack” starten moet het terrein glad genoeg zijn voor het starten en landen met motorvliegtuigen.
Brandstofmotor op de zwever.
Voordelen: starten kan zonder hulp van anderen, gewenste hoogte is bereikbaar, motor + brandstof zijn lichter dan elektrische aandrijving.
Nadelen: de olie uit de brandstof besmeurt het vliegtuig, bij te snelle stijging in een thermiekbel of het bereiken van een te grote hoogte kan de motor niet worden stopgezet, de motor kan in de lucht niet weer worden gestart, motor + propeller geven extra luchtweerstand.
Met hulp van een motorvliegtuig (huckepack of slepen).
Voordelen: gewenste hoogte is bereikbaar, het gewicht van de zwever wordt niet verhoogd door de aandrijving.
Nadelen: men is altijd afhankelijk van de medewerking van een motorvlieger, voor motorvliegtuigen is een geschikte start- en landingsplaats nodig.
Elektromotor in de zwever.
Voordelen: geen hulp van andere vliegers nodig, gewenste hoogte is bereikbaar, motor kan in de lucht worden stopgezet en opnieuw worden gestart om weer hoogte te winnen of om bij te laag binnenkomen toch de landingsplaats te kunnen bereiken, vliegtuig wordt niet vervuild door olie uit brandstof.
Nadelen: de elektromotor en de benodigde accu’s zijn vrij zwaar vooral als gebruik wordt gemaakt van een borstelmotor en nikkel-cadmium (Nicad) of nikkel-metaalhydride (NimH) accu’s, de aandrijving met moderne borstelloze motoren in combinatie met lithium-polimeer (LiPo) accu’s is veel lichter maar toch nog zwaarder dan een brandstofmotor, de ingeklapte propeller levert tijdens het zweefgedeelte van de vlucht iets extra luchtweerstand op.
Lierstart.
Voordelen: geen hulp van anderen nodig.
Nadelen: hiervoor is veel ruimte nodig om de startkabel uit te kunnen leggen (meer dan 150 meter), de te bereiken hoogte is altijd minder dan de lengte van de startkabel, de bereikte hoogte levert meestal te weinig vliegtijd op om op zoek te gaan naar thermiek.
Start met rubberkabel.
Dit kan wel zonder hulp van anderen maar met hulp gaat het gemakkelijker en de vlieger heeft dan zijn handen vrij zodat hij snel kan reageren om ongewenste vliegsituaties aan de startlijn te corrigeren, verder geldt hiervoor hetzelfde als voor de lierstart.
**************
De lucht in met een elektrozwever.
Wie zonder hulp van anderen wil vliegen, hoger wil starten dan met lier of rubberkabel mogelijk is en bovendien zijn vliegtuig schoon wil houden kan het best zijn zwever van een elektromotor voorzien. We zullen daarom verder gaan met elektrozweefvliegtuigen.
De eerste vraag is hoeveel energie we nodig hebben om ons model op de gewenste hoogte te krijgen en dat is afhankelijk van de eisen die we stellen. Wie in 1 minuut naar 300 meter wil klimmen moet over een aanzienlijk sterkere motor beschikken dan iemand die er 5 minuten over wil doen. Het totale energieverbruik in mili-ampere uren (mAh) is in beide gevallen bijna gelijk. Het snelle toestel is vanwege de grotere motor iets zwaarder en zal dus in theorie iets meer energie gebruiken maar in de praktijk zal men daar weinig van merken. Wel zal de totale vluchtduur, uitgaande van hetzelfde type zwever, in dit geval 4 minuten korter zijn, ook kan door het grotere gewicht de daalsnelheid iets hoger liggen. Verder zal de levensduur van de accu bij regelmatig gebruik van hoge stroomsterktes korter zijn dan bij lage stromen.
Het berekenen van de benodigde energie kan heel ingewikkeld met moeilijke formules maar we kunnen het ook bij benadering bepalen en dat laatst gaan we hier doen. Het elektrische vermogen dat door de accu geleverd wordt vinden we door de spanning van de accu (volts) te vermenig-vuldigen met de stroom (amperes) die door de motor loopt. Daarbij wel rekening houden met een kleine spanningsdaling bij grote stroomsterktes (bij 15 A ongeveer 0.1 volt, bij 25 A ongeveer 0.2 volt).
De benodigde energie vinden met de volgende formule:
vermogen (in Watt) = gewicht van toestel in kg x 9.81 x (gewenste stijgsnelheid +1) / rendement van de motor x rendement van de propeller.
Voorbeeld: voor een zwever van 2 kg, een motorrendement van 65%, een prop rendement van 70% en een geplande stijgsnelheid van 3 m/sec is de berekening als volgt:
vermogen = 2 x 9.81 x 4 : (0.65 x 0.7) = 172 watt.
Dat komt neer op een stroomsterkte van ongeveer 19½ ampere met 8 cellen Nicad of Nimh accu en ongeveer 15½ ampere met 3 Lipo cellen.
De propeller.
Voor het totale rendement van de aandrijving is de keuze van de propeller zeer belangrijk. Voor onze elektrozwever kiezen we een zo groot mogelijke propeller. Waarom wordt duidelijk als we het onderstaande lijstje bekijken, de waarden zijn in de praktijk gevonden en moeten worden gezien als een bruikbare benadering van de werkelijkheid.
Propdiameter rendement
7 inch 40%
8 inch 50%
9 inch 60%
10 inch 65%
12 inch 70%
14 inch 75%
De formule waarmee we de gunstigste propdiameter zo goed mogelijk kunnen benaderen luidt als volgt:
d = 1.8 x√ (P/V³)
waarbij:
d = diameter (in meters)
P = motorvermogen (watt) (volt x ampere x rendement)
V = vliegsnelheid (m/sec)
Voor de hierboven genoemde zwever van 2 kg met een motorvermogen van 172 watt, een motorrendement van 68% en een vliegsnelheid van 15 m/sec wordt dat:
d = 1.8 x √ (112/3375) = 1.8 x √ 0.033185 = 1.8 x 0.182 = 0.36 meter (14 inch)
Willen we toch een kleinere prop gebruiken dan zullen we de vliegsnelheid tijdens de stijgvlucht moeten verhogen naar b.v. 17 of 18 m/sec zodat motor en prop weer juist zijn aangepast aan die situatie.
De optimale spoed van de propeller kan berekend worden met de volgende formule:
p = 1.2 x 60 x V/N
waarbij:
p = spoed (in meters)
V = vliegsnelheid (m/sec)
N = toerental (omw/min)
Een propeller met een spoed van b.v. 6 inch trekt het vliegtuig bij elke omwenteling 6 inch (15 cm) vooruit. In theorie tenminste, in werkelijkheid zal het bij de juiste vliegsnelheid ongeveer 20% minder zijn omdat elke prop slipt in de lucht. In de formule is daarmee al rekening gehouden.
Het toerental van de prop is afhankelijk van de gebruikte motor. Als voorbeeld nemen we weer de eerder genoemde zwever en stellen het toerental op 8000 omw/min.
p = 1,2 x 60 x 15/8000 = 72 x 0.001875 = ± 0.135 meter (± 5 inch).
De prop voor dit toestel zou dus moeten worden: 14 x 5 inch ( 36 x 13 cm) maar daarmee zijn we er nog niet. Er zijn factoren waarmee in de formules geen rekening kon worden gehouden. Zo zal b.v. de totale weerstand van het vliegtuig invloed hebben op de prestaties. Ook zijn niet alle propellers gelijk, een prop van merk A kan betere of slechtere prestaties leveren dan een prop met dezelfde afmetingen van merk B. We zullen in de praktijk moeten kijken of de gekozen prop de prestaties levert die we ervan verwachten. Wat experimenteren met een iets grotere of kleinere diameter en/of spoed van de prop kan voordeel opleveren. Een propeller werkt in principe op dezelfde manier als een vleugel, bij een te grote spoed zal de prop op dezelfde manier reageren als een vleugel die overtrokken raakt en dat gaat ten koste van de trekkracht.