Werkstuk Voertuigentechniek Vliegtuigbouw

Transcriptie

1 Werkstuk Voertuigentechniek Vliegtuigbouw Werkstuk door M woorden 19 september keer beoordeeld Vak Voertuigentechniek Inleiding Heb je al zolang gedroomd om weer eens een keertje in een vliegtuig te zitten, dan wil je natuurlijk ook weten hoe het in elkaar zit. In dit boek vindt je informatie over de vliegtuigbouw. In dit boek gaat het over de volgende onderwerpen: aerodynamica, materialen, brandstoftank, de binnenkant, de buitenkant en nog wat andere dingen. Dus lees snel dit boek, want dan weet je waar je in vliegt, of beter gezegd wat een vliegtuig voor soort functies heeft. Alleen bij het bouwen, maar daarna ook bij het vliegen, want de vliegtuigbouw gaat voor! Binnenkant Bagageruim In de binnenkant van een vliegtuig zitten heel veel dingen. In de onderkant van een vliegtuig zitten het bagageruim. Daar in komt de bagage van de mensen. Daar is het heel ruim, dat is niet gek want er gaan heel veel mensen in één vliegtuig. Het vliegtuig zelf is ook heel groot, dat is ook een reden waarom. Als je je bedenkt hoe zwaar dat zou zijn, bedenk dan ook hoe sterk een vliegtuig is. Heel sterk dus! De keuken In een vliegtuig zit één keuken. Daar wordt het eten en drinken klaar gemaakt. Het is een ruimte achter in het vliegtuig. Ze hebben de keuken achterin geplaatst, omdat anders het hele vliegtuig naar eten ruikt. Dat wil niemand hebben, want na een paar keer vliegen stinkt het in het vliegtuig. Het is niet een hele grote ruimte. Waarom zou een vliegtuig immers helemaal uit een keuken bestaan? In een vliegtuig heb je ook wat kleinere plekjes om wat drinken te halen. Dat zijn alleen maar karretjes, met een kleine koelkast. Pagina 1 van 9

2 Cockpit Helemaal voorin zit de cockpit. Daarvanuit bestuurt de piloot het vliegtuig. In die ruimte zit het vol apparatuur. Daar wordt je dus gek van. Er zit ook een copiloot, die is er voor als de piloot zit te eten of naar het toilet moet. In de cockpit staan twee stoelen. Voor die twee stoelen staan twee sturen. En verder is het vol met apparatuur dat nodig is om het vliegtuig in balans te houden. Je moet dan ook een opleiding volgen om daar te zitten. Stoelen In het vliegtuig heb je natuurlijk stoelen. In de businessclass heb je mooiere en lekkerdere stoelen dan in de economyclass. De stoelen zijn van leer of stof gemaakt. Het leer zit lekkerder dan stof. Bij de businessclass zijn er meer leren stoelen dan bij de economyclass. Daarom is de businessclass ook duurder. Het is daar ruimer. Aan de stoelen zit een soort van tablet vast. Je kan er spellen op spelen. Maar je kan er ook op kijken hoe ver je al bent met je reis. Als het nacht wordt kunnen mensen hun leuning naar achter doen. Dat is natuurlijk niet leuk voor jou als je erachter zit. Maar soms gebeurt het. Toiletten In een vliegtuig heb je natuurlijk wat toiletten, anders zou iemand in zijn of haar broek poepen en of plassen. Dat is niet fris. Daarom zijn er toiletten. In een vliegtuig heb je een paar plekken. Het zijn kleine plekjes, gelukkig niet zo groot als een toilet in een restaurant. Hier onder lees je hoe al je uitwerpsel(en) verdwijnen. Waar blijft alles Tijdens het doortrekken van de vliegtuig-wc zuigt het toilet alles in de pot op, je hoort dit dan ook duidelijk. Net een forse stofzuiger! Jouw uitwerpsel(en) schiet(en) door die zuigkracht via een leidingstelsel door het toestel, en belanden uiteindelijk in een grote cassette of tank achterin het vliegtuig. Deze cassette bevat een vloeistof die alle uitwerpselen chemisch afbreekt. Zodra het toestel na de landing wordt afgehandeld op het platform, zal de tank worden geleegd en het systeem worden gereinigd. Buitenkant Romp Ik denk dat je wel eens in een vliegtuig hebt gezeten. Als je in de slurf door een raampje kijkt dan zie je de romp. De romp is de hele buitenkant van een vliegtuig. Dus het is onder andere: de motoren, de wielen, de vleugels en de staart. Dus als je de romp hoort is het de buitenkant. Pagina 2 van 9

3 Motoren Je hebt wel eens van motoren gehoord (dan heb ik het over die van een vliegtuig). Die motoren zitten onder de vleugels. Ze worden gebruikt om op te stijgen. Er zijn dan ook een heleboel motoren. Hieronder staat er een aantal. Ze zijn niet allemaal voor een passagiersvliegtuig: Zuigermotor met propeller: tegenwoordig vooral populair in de sportvliegerij. Diverse zuigermotortypes werden toegepast, waaronder de boxermotor en destermotor. Straalmotor: Verzamelnaam voor turbinestraalmotoren Turbojet: Vooral geschikt voor hoge snelheden. Turboprop: Meer geschikt bij lage snelheden. Turbofan: Mengvorm tussen straalmotor en turboprop. Turboshaft: Turbinemotor die een as aandrijft. Wordt toegepast in helikopters. Pulsjet: Eenvoudig motortype, bestaande uit een kleppenrooster en een verbrandingsruimte met een lange straalpijp. Levert relatief weinig vermogen. Bekendste gebruik in de V1. Ramjet: Zeer eenvoudig motortype, dat echter alleen werkt als het vliegtuig al een hoge snelheid heeft. Scramjet: Speciale vorm van Ramjet, geschikt voor super hoge snelheden. Raketmotor: Werkt zonder luchttoevoer. In een motor zit een propeller. Als de piloot het vliegtuig start, gaat die propeller aan en gaat draaien. Het vliegtuig wordt dan eerst getaxied naar de opstijgbaan. Eenmaal bij de opstijgbaan Als het vliegtuig er is, dan is de propeller ook al met een snelheid aan het draaien. De piloot laat het vliegtuig rijden, en als het goed gaat (soms gaat het niet goed, want dan gaat het vliegtuig veel te laag over de grond en beland het in een bos en explodeert), dan gaat hij met volle kracht de lucht in. Het vliegtuig gaat heus niet alleen maar met de motoren de lucht in hoor. Ook met wat andere dingen. In een vliegtuig zit namelijk ook een generator. Wielen Bij een vliegtuig mogen de wielen niet missen. Bij het vorige kopje motoren was het bekend gemaakt dat de wielen niet mogen missen bij een vliegtuig. Ze zijn bijvoorbeeld nodig bij opstijgen en landen. Hoe zitten ze in elkaar Het meedraaien van de wielen is misschien, gezien de hoge landingssnelheid, ook te bereiken met bijvoorbeeld een paar schoepen op de zijkant van de wielen. Even aangenomen dat het draaien niet al te veel verstoring geeft van het vlieggedrag. De wielen hebben ook remmen, sensoren, enz. Staart Boven aan de achterkant van het vliegtuig zit de staart. Die staart heeft te maken met de aerodynamica. In een paar hoofdstukken verder zal je leren over de aerodynamica. Maar nu leer je over het gebruik en nog wat. Dus let goed op want dan leer je meer. Kielvlak Het kielvlak is het verticale vlak van de staart van een vliegtuig. Het kielvlak dient voor stabiliteit om de top-as (denkbeeldige as verticaal door het zwaartepunt van het vliegtuig). Dat wil zeggen: giert het vliegtuig in een richting dan zal de luchtstroming een kracht op het kielvlak uit oefenen die de neus weer terug naar zijn oorspronkelijke positie wil duwen. Het kielvlak dient tevens als bevestigingspunt voor het richtingsroer. Pagina 3 van 9

4 Stabilo Het stabilo (Engels: Tailplane) is het horizontale draagvlak van een vliegtuig. Het bevindt zich meestal aan de achterzijde en ziet eruit als kleine vleugels. Om te kunnen vliegen moet een vliegtuig helemaal in balans zijn. Zonder stabilo zou dat slechts bij een bepaalde combinatie van snelheid en middelpunt van krachten het geval zijn. Omdat het stabilo zich op enige afstand van het zwaartepunt bevind, heeft een relatief kleine wijziging in de draagkracht al een grote uitwerking op de invalshoek. Het stabilo zorgt ervoor dat het vliegtuig om de dwarsas stabiel is. Aan de achterzijde van het stabilo is het hoogteroer bevestigd. Hiermee kan de neus naar boven of naar beneden worden gericht (stampen), waardoor de invalshoek van het vliegtuig verandert. Als een vliegtuig op transsonische snelheid vliegt, veroorzaakt het stabilo schokgolven die het hoogteroer onbruikbaar maken. Dit fenomeen werd voor het eerst waargenomen met de Bell X. Daarom hebben vliegtuigen die transsonisch en supersonisch kunnen vliegen een stabilo dat in zijn geheel beweegbaar is en zo als hoogteroer dient. Richtingsroer Het richtingsroer van een vliegtuig beweegt het toestel om de topas (verticale as). Het is draaibaar bevestigd aan het kielvlak. Besturing ervan vindt plaats door middel van pedalen: door druk uit te oefenen op het rechter pedaal zal het staartroer naar rechts bewegen, waardoor de neus van het toestel naar rechts zal bewegen. Om het toestel een gecoördineerder bocht te laten draaien, moeten de rolroeren tegelijk met het richtingsroer worden bediend. Hoogtetour Het hoogteroer van een vliegtuig (Engels: elevator) beweegt het toestel om de dwarsas (de as die door het zwaartepunt van links naar rechts loopt), dit noemt men stampen. Het bevindt zich aan de achterkant van het stabilo. Het wordt meestal bediend door de stuurknuppel naar voren en naar achteren te bewegen. Als de vlieger door middel van het hoogteroer de invalshoek vergroot, zal de hoogte toe nemen. Door de extra weerstand levert het vliegtuig wel snelheid in. Om substantieel te stijgen zal dus ook gas bij gegeven moeten worden. Als de vlieger door middel van het hoogteroer de invalshoek verkleint, zal de machine hoogte verliezen. Als hij geen gas terug neemt, zal de snelheid toenemen. Laat de piloot de knuppel los, dan gaat het hoogteroer terug naar de voorkeursstand. Door te trimmen kan de vlieger de krachten op het hoogteroer weg nemen en zo de voorkeursstand veranderen. Als een vliegtuig op transsonische snelheid vliegt, veroorzaakt het stabilo schokgolven die het hoogteroer onbruikbaar maken. Dit fenomeen werd voor het eerst waargenomen met de Bell X-1. Daarom hebben vliegtuigen die transsonisch en supersonisch kunnen vliegen een stabilo dat in zijn geheel beweegbaar is en zo als hoogteroer dient. Pagina 4 van 9

5 Fabrikanten Er zijn een heleboel vliegtuig fabrikanten. Boeing en Airbus én vroeger ook Fokker (een Nederlandse vliegtuigbouwer) zijn drie passagiers vliegtuigfabrikanten. Alle drie verschillen ze van elkaar. De Boeing heeft de: Dreamliner, oftewel de Boeing 787. Airbus heeft het allergrootste vliegtuig soort van de wereld: de Airbus A-380 en de Fokker heeft de F.VII (de Fokker 7), een wat ouder soort vliegtuigje. Fokker Anthony Fokker ging voor de 1 e Wereldoorlog naar Duitsland verhuizen en keerde in 1919 weer terug naar het vertrouwde Nederland. Hij richtte na zijn komst op 21 juli in 1919 de Nederlandse vliegtuigfabrikant Fokker op. Wegens de oorlogen in die tijd werden er bijna alleen maar Fokkers gebruikt om te vechten met vijanden. Het hoofdkantoor werd verbouwd voor een tentoonstelling om te laten zien wat zij maakten. In plaats van dat hij verder ging met de gevechtsvliegtuigen begon hij met de verkeersvliegtuigen. Eind jaren twintig was Fokker de grootste vliegtuigfabrikant ter wereld. In 1923 besloot Fokker om te verhuizen naar de Verenigde Staten. Nu was het nog groter geworden doordat het in een heel erg belangrijk land was, en in de jaren 30 vlogen er ruim 54 vliegtuigmaatschappijen wereldwijd met de F.VII. Wat er mis ging Vanaf 1990 waren er een aantal moeilijkheden in de vliegtuigwereld. Er werd bijna niets verkocht. De vraag naar vliegtuigen daalde met maar liefst 50% als gevolg van de langste en diepste recessie in de geschiedenis van de luchtvaart (door o.a. de Golfoorlog van 1991 in Irak-Koeweit). Fokkers klanten, de luchtvaartmaatschappijen, leden recordverliezen en stelden hun investeringsbeslissingen uit. Vervolgens daalden de vliegtuigprijzen met 20 à 30%. Enerzijds was dat het gevolg van overcapaciteit bij de vliegtuigfabrikanten welke leidde tot een moordende concurrentie. Anderzijds zette de voortgaande liberalisering van de wereldluchtvaart de vliegtarieven onder druk. Om toch winst te kunnen maken eisten de luchtvaartmaatschappijen goedkopere vliegtuigen. Als gevolg van deze factoren draaide Fokker vanaf 1993 met verlies In de 10 jaar daarvoor was de onderneming, op 1987 na, winstgevend. De verliezen kwamen niet voort uit de normale bedrijfsvoering, maar werden veroorzaakt door bovenstaande onvoorziene externe omstandigheden en door noodzakelijke maatregelen om aan die omstandigheden het hoofd te bieden. Boeing The Boeing Company, veelal afgekort tot Boeing, is een Amerikaans lucht- en ruimtevaartbedrijf, opgericht door William Edward Boeing. Het hoofdkantoor is gevestigd in Chicago in de Boeing International Headquarters. Boeing is wereldwijd de grootste producent van vliegtuigen naar omzet en de tweede als het gaat om het aantal afgeleverde toestellen. Boeing is ook de op een na grootste producent van militaire producten. Het bedrijf is opgenomen in de Dow Jones Industrial Average. Airbus Airbus SAS, het voormalige Airbus Industrie, is een vliegtuigbouwer die in 1970 ontstond in een samenwerkingsverband tussen Aérospatiale (Frankrijk) en Deutscher Aerospace (Duitsland). Het Spaanse CASA trad Pagina 5 van 9

6 in 1971 tot het consortium toe. British Aerospace was tussen 1979 en 2006 ook deelnemer aan het consortium. Het doel van de samenwerking was om tegenwicht te kunnen bieden aan de Amerikaanse concurrenten. Airbus is een dochteronderneming van de European Aeronautic Defence and Space Company N.V., meestal afgekort tot EADS, een Europees lucht- en ruimtevaartconsortium, en het bedrijf produceert ongeveer de helft van alle straalvliegtuigen op de wereld. Aerodynamica Aerodynamica is hoe een vliegtuig in de lucht blijft zweven. Dat komt doordat het vliegtuig van heel licht spul is gemaakt. Dat spul heet glare (dat is gemaakt van een heel dun laagje aluminium en glas, gewoon over elkaar doen en klaar is kees). Het vliegtuig wordt dan ook gedragen door de lucht. Ik heb hier onder informatie over de vraag: Hoe blijft een vliegtuig in de lucht? Hoe blijft een vliegtuig in de lucht? Een volle Boeing 747, met passagiers, vracht en brandstof, weegt iets meer dan kilo. Hoe krijg je zo n groot vliegtuig de lucht in? En: hoe houd je het daar? Het antwoord is simpel : het vliegtuig wordt gedragen door lucht! Lucht heeft, net als water, draagkracht. Neem een storm: de wind tilt allerlei voorwerpen op en blaast ze weg. Hoe harder het waait, hoe groter en zwaarder de voorwerpen zijn die de wind kan optillen. Volgens dat principe maakt een vliegtuig zijn eigen storm. Motoren veroorzaken 'storm' Die storm wordt veroorzaakt door de motoren die het vliegtuig over de startbaan vooruitstuwen. Hoe harder dat gaat, hoe harder er lucht over de vleugels stormt. Door de vorm van die vleugels (de bovenkant is een beetje bol) moet de lucht boven de vleugel een langere weg afleggen dan de lucht onder de vleugel. Achter de vleugel komen de luchtstromen weer bij elkaar. Om op tijd achter de vleugel te komen, moet de lucht boven sneller gaan dan de lucht onder. Zo ontstaat boven de vleugel een toestand die onderdruk heet. Hoe sneller de lucht stroomt, hoe groter de onderdruk boven de vleugel. Uiteindelijk is die onderdruk zo groot dat hij in staat is het vliegtuig op te tillen en te laten vliegen. Om nog zwaardere vliegtuigen te kunnen laten vliegen, kun je simpelweg twee dingen doen: de vleugels vergroten en de motoren sterker maken. Vliegtuigontwerpers combineren beide meestal, omdat dat het meeste effect heeft. Vleugels De vleugel is dat gedeelte van een vliegtuig dat de liftkracht produceert, en zo mogelijk maakt dat een vliegtuig kan vliegen. Over het algemeen spreekt men bij een vliegtuig van één vleugel, bestaande uit twee vleugelhelften. Bij sommige sportvliegtuigen komt dat overeen met de constructie, doordat de vleugel één lange balk is waaraan de romp is opgehangen. Een vogel, daarentegen, heeft twee vleugels. Pagina 6 van 9

7 De lucht die langs de vleugels gaat zorgt ervoor dat er een onderdruk ontstaat waardoor het vliegtuig omhoog wordt geduwd. Dit gebeurt alleen indien het vliegtuig voldoende snelheid heeft. Dit wordt ook wel lift of draagkracht genoemd. Vorm Doordat de vleugel licht schuin, we spreken van 'invalshoek' of 'angle of attack', staat ten opzichte van de vliegrichting, wordt de luchtstroom afgebogen, en ontstaat er een reactiekracht. Deze kan ontbonden worden in een verticale component, de zogenaamde lift en een horizontale component: Geïnduceerde weerstand. Er is nog een tweede uitleg van lift. Door de stand en vorm van de vleugel (de vleugel is aan de bovenkant meer gebogen en buigt daardoor de luchtstroom aan de bovenzijde); hierdoor is de snelheid van de luchtstroom over de bovenkant van de vleugel groter dan die over de onderkant en ontstaat aan de bovenkant van de vleugel een onderdruk (het principe van Bernoulli) die een kracht in opwaartse richting veroorzaakt. De lift compenseert bij een horizontale vlucht de zwaartekracht die ook op het vliegtuig inwerkt. Zolang het vliegtuig voldoende snelheid heeft blijft het in de lucht, de lift is recht evenredig met het kwadraat van de snelheid. Door kleppen en roeren aan de vleugel kan de lucht meer of minder sterk worden afgebogen, en daardoor wordt de liftkracht groter of kleiner. De kleppen worden gebruikt bij opstijgen en landen, de roeren bij koersveranderingen. Staart Als bij een vliegtuig een staart mist, dan zou het vliegtuig gelijk neerstorten. Bij een staart zitten namelijk enorm belangrijke dingen. Dit zijn ze: De stabilo Het kielvlak Het richtingsroer Het hoogteroer Dat zijn belangrijke dingen. Ze zorgen ervoor dat een vliegtuig bochten kan maken enz. enz. zonder dat kan een vliegtuig niets. Ook zijn er andere belangrijke dingen. De vorm,de grootte, de lengte, de grootte, het gewicht en de dikte. Brandstof De brandstof die vliegtuigen onderweg gebruiken heet kerosine. Het grootste toestel, de Boeing 747, heeft bij een volle tank ongeveer liter kerosine aan boord. Veel grote vliegtuigen worden vanuit een hydrantensysteem getankt. De brandstof, kerosine, loopt via een ondergrondse pijpleiding naar het vliegtuig. Op het platform komt dan een tankwagen te staan die een slang op de pijpleiding en het toestel aansluit waarna het tanken kan beginnen. Pagina 7 van 9

8 Soort Een vliegtuig vliegt op kerosine. Kerosine is een fossiele brandstof (brandstoffen die uit de aarde komen). Kerosine is helaas slecht voor het milieu, met name de flora en fauna (planten en dieren) en mensen die vlak bij een vliegveld wonen hebben hier last van. Om er kerosine van te maken moet je de aardolie koken tussen een temperatuur van: 150 C C. Het is een minder zuivere soort van petroleum. Dat is meer gezuiverd. 3 jaar geleden vlogen de eerste vliegtuigen met Bio olie (biologische olie). Nu steeds meer. Het is gezonder voor het milieu. Kerosine verbruik Tijdens het taxiën verbruikt een Boeing liter kerosine per minuut, tijdens het opstijgen 12 liter per seconde. Tijdens de vlucht op een gemiddelde hoogte van 10 kilometer is het verbruik zo n liter per uur. Bio-olie De huidige energiesituatie is met stijgende prijzen voor fossiele brandstoffen, onzekerheden over de energievoorraden, en de uitstoot van CO2 onhoudbaar geworden. Daarom is er wereldwijd toenemende aandacht voor hernieuwbare brandstof, gemaakt uit biomassa: biobrandstoffen. Kerosinelosing Wanneer een piloot kerosine moet dumpen om het gewicht te verlagen voor dat hij gaat landen, gaat dat in overleg met de Luchtverkeersleiding Nederland (LVNL). Die wijst een plek aan waar veilig voor het milieu en het andere vliegverkeer kan worden gestort. In echte noodgevallen moet een piloot zonder overleg lozen. Brandstoftank Waar zit de brandstoftank De brandstoftank zit onder de vleugel. Maar niet alleen onder de vleugel, het zit ook ergens anders Hoeveel liter gebruikt een MD11 In een MD11 (waar KLM ± 300 passagiers in indoet, en 30 ton vracht erbij). Alle eenheden worden in kilo s berekent. Bij het opstijgen verbruikt zo n vliegtuig ± kilo brandstof per uur. Dit duurt een minuut of 3, daarna wordt tijdens de klim (wanneer die omhoog gaat) minder totdat het op de maximale hoogte is, en op de maximale snelheid is verbruikt het tussen de 6500 en 7500 kilo per uur, (licht eraan de hoogte en gewicht van het vliegtuig). En bij het dalen gebruikt het kilo per uur. Dumpen Je komt liever niet in de situatie dat er brandstof gedumpt moet worden, maar soms moet het. Het is dan niet zo fijn want je zakt dan een soort van naar beneden, dus er is een grotere neerstort kans. Als de piloot deze functie selecteert geeft hij/zij ook aan hoeveel brandstof er over moet blijven. Vervolgens worden de motoren gevoed uit de mains. Tegelijk gaan de pompen van de center aan, alleen gaat de brandstof niet naar de motoren, maar naar een openstaande klep. In beide mains zit ook een (extra) pomp die de brandstof naar zelfde open klep pompt. In de Pagina 8 van 9

9 cockpit is het proces te volgen en te zien hoe lang het nog duurt. Is er sinds tien jaar geleden al wat gebeurd? Sowieso is er al één ding dat is veranderd in de vliegtuigbouw. Alle vliegtuigen zijn bijvoorbeeld van veel beter materiaal gemaakt. Daarom is vliegen nu wat veiliger geworden. Behalve je weet vast wel de crash van de MH17 zulke ongelukken gebeuren er nu nog steeds. Maar dat komt door oorlogen. Of een ongeluk als er een storm is, dat moet dan wel een hele heftige zijn. Alleen dat moet er nog verbetert worden in de wereld, voor de vliegtuigbouw dan hè! Ik had al gezegd dat vliegtuigen van glare worden gemaakt. Dat is een mengsel van glas en aluminium. Want vroeger was het niet heel fijn om te vliegen. Het was heel koud. Eén ding is er niet zo goed gegaan. Dat voor de concordes, dat waren supersonische vliegtuigen. Ze waren langwerpig van vorm. Ze vlogen vaak in brand, of ze storten neer of ze haalden zelfs het opstijgen niet! Die soort vliegtuig hebben ze dus maar geschrapt van de lijst. Dat is wel jammer, want het was een mooi soort vliegtuig. Pagina 9 van 9