LUchtvaart Nationaal Antwerpen Kempen
LUNAK
PILOOT VOORAAN OF ACHTERAAN ?
Bij het zien van een landende Piper J-3 Cub hoorde ik ooit een bezoeker aan de Schaffense fly-in opmerken dat “de piloot bij dit type nog achteraan zat en dat dit dus wel een heel oud vliegtuig moest zijn”. Het eerste stuk van zijn opmerking was juist, de piloot zat inderdaad op de achterste zitplaats terwijl er op de voorste zit niemand te bespeuren was. Het tweede deel van diezelfde opmerking, namelijk dat zoiets enkel bij oude vliegtuigen van toepassing is, slaat echter nergens op. Waarom zat die piloot dan achteraan ?
We diepen even onze kennis op over de wetten van de fysica. Een vliegtuig is samengesteld uit een hele resem onderdelen, elk met een eigen gewicht, maar door het samentellen van de gewichten van alle samenstellende onderdelen komen we tot een globaal gewicht voor het ganse vliegtuig. Dit gewicht, in de fysica een “kracht”, is weliswaar over het ganse vliegtuig verdeeld maar kan herleid worden tot één aangrijpingspunt (het zwaartepunt, Engelse term Centre of Gravity, afgekort tot CG) waar de verdeling van de gewichten in alle richtingen gelijkmatig is. Stel dat we aan het vliegtuig een koord bevestigen in dit zwaartepunt en dat we het toestel daarmee van de grond tillen dan zal het perfect in evenwicht zijn en dus niet met neus of staart naar beneden kantelen.
We denken even terug aan de Piper J-3 Cub of elk ander toestel van een gelijkaardige configuratie (normale romp, rechte vleugel) en bekijken het vliegtuig van bovenaf. In de praktijk is gebleken dat de ideale positie voor het zwaartepunt niet in het midden van de vleugel ligt (wat instinctief zou kunnen verondersteld worden) maar op ongeveer 25% van de vleugelkoorde (= de breedte van de vleugel, dus in de lengterichting van het vliegtuig, de 25% positie wordt daarbij altijd gemeten vanaf de vleugelvoorrand). Bij vliegtuigen met een andere configuratie (pijlvleugel, tweedekker, enz…) geldt hetzelfde principe, maar er komt wat meer rekenwerk bij kijken om de afwijkende vorm te herleiden naar de standaardconfiguratie met een rechte vleugel.
Bij een zwaartepunt dat te ver naar voren ligt spreken we van een neuslastig vliegtuig. In extreme gevallen leidt dit tot een toestel dat niet of amper van de grond raakt bij het opstijgen. In het andere geval, met een zwaartepunt dat te ver naar achteren ligt, krijgen we een staartlastig vliegtuig. Bij het opstijgen zal een dergelijk toestel gemakkelijker de neiging hebben van de grond los te komen want de neus is “lichter” en wil omhoog. Door de (te) hoge neusstand levert de vleugel echter merkelijk meer luchtweerstand dan normaal, ten koste van de opwaartse liftkracht die verwacht wordt. Gevolg : als het vliegtuig al in de lucht geraakt zal het gemakkelijk overtrokken geraken (= volledig verlies van lift, in dit geval veroorzaakt door een combinatie van lage snelheid en te hoge neusstand), waarschijnlijk eindigend in een crash. Het zal duidelijk zijn dat een gewichtsverdeling die het vliegtuig ofwel neuslastig ofwel staartlastig maakt levensgevaarlijk kan zijn.
Nu even terug naar die “piloot die achteraan zat”… Zoals uit het voorgaande blijkt is de positie van het zwaartepunt van groot belang om veilig te kunnen vliegen. Uiteraard beïnvloedt de lading van het vliegtuig dit zwaartepunt. Door de positie van de passagierszetel ter hoogte van het zwaartepunt te voorzien maakt het niet uit of die passagier wel of niet aanwezig is. De plaats van de piloot, die per definitie altijd aanwezig is van take off tot landing, heeft dus wel gevolgen. Hierbij wordt uiteraard rekening gehouden bij het ontwerp van het vliegtuig, het gewicht van een piloot wordt gewoon meegenomen in alle mogelijke berekeningen tijdens de ontwerpfase van een nieuw toestel. Het feit dat het zicht van een achteraan zittende piloot gehinderd wordt door de voor hem geplaatste passagier is een klein nadeel. Het is dus absoluut niet abnormaal of “ouderwets” als de piloot achteraan zit in plaats van vooraan, dit is gewoon een gevolg van de onverbiddelijke wetten van de fysica die bepalen wanneer de gewichtsverdeling in een vliegtuig correct of foutief is.
Toch kan van het bovenstaande afgeweken worden. Hoe lichter het toestel, hoe groter de invloed is van het gewicht van piloot en passagier(s), bij zwaardere vliegtuigen is deze invloed in verhouding kleiner. Een voorbeeld : bij de Stampe-Vertongen SV-4 (leeggewicht 480kg) zit de piloot altijd achteraan met een eventuele passagier ter hoogte van het zwaartepunt terwijl bij de Fouga Magister (leeggewicht 2150kg) de piloot altijd vooraan plaatsneemt met zijn eventuele passagier (of vlieginstructeur) op de achterste zitplaats - beide zitplaatsen liggen ruim voor het zwaartepunt, toch is er geen ballast nodig op de achterste zitplaats indien het toestel solo gevlogen wordt.
We merken op dat vooral tijdens de 1e Wereldoorlog bij een aantal 2-zits toestellen (lichte bommenwerpers of verkenningsvliegtuigen) de piloot toch vooraan zat ter hoogte van het zwaartepunt, boven, onder of tussen de vleugels naargelang het type vliegtuig. De achterste plaats (dit was niet noodzakelijk een “zit-”plaats) was voorzien voor een 2e bemanningslid die een fotocamera en/of mitrailleur moest bedienen en daarvoor vrij zicht naar alle richtingen benodigde. Vliegen zonder dit 2e bemanningslid kon enkel mits het aanbrengen van ballast, waarvoor dikwijls bij Britse tweezitters een waarschuwing op de romp was aangebracht (zie bv. de R.E.8 in het Brussels Air Museum). Jammer genoeg werd wel eens vergeten dit extra gewicht mee te nemen wat gewoonlijk resulteerde in een spectaculaire crash bij het opstijgen.
Bij de meeste tweezitstoestellen met de zitplaatsen naast elkaar worden de inzittenden vrijwel op het zwaartepunt geplaatst, zodat er van hogergenoemde problematiek geen sprake is.
Onafhankelijk van de grootte en zwaarte blijft de gewichtsverdeling, en bijgevolg de positie van het zwaartepunt, bij elk vliegtuig uitermate belangrijk. Tot in de jaren 1930 was het gangbaar bij commerciële vluchten om de passagiers te wegen en in functie van hun gewicht te verdelen over de passagierscabine. Zelfs heden ten dage wordt dit nog toegepast, o.a. bij passagiersvluchten over de Grand Canyon met een éénmotorige Cessna 207 Stationair (doorgaans ingericht voor 5 of 6 passagiers). De zwaarste passagier mag naast de piloot plaatsnemen, de achterste plaatsen (achter het zwaartepunt) worden toegekend aan de pluimgewichten.
Om dezelfde redenen wordt de vracht voor commerciële of militaire transportvliegtuigen gewogen en naar behoefte verdeeld over de vrachtruimte. Hierbij is trouwens ook de volgorde van laden of lossen van belang, om het achterover kantelen van het vliegtuig op de grond te vermijden.
Zoals steeds heeft elke ogenschijnlijke eigenaardigheid in de luchtvaart een gegronde reden. De positie van de zitplaats van de piloot, vooral in kleinere vliegtuigen, is er één van !
Bovenstaande tekst belicht slechts 1 parameter (zwaartepunt) die bij het ontwerp van een vliegtuig in acht genomen wordt. Parameters zoals stabiliteit of neutraal punt werden hierbij opzettelijk niet vermeld hoewel ze minstens even belangrijk zijn en in relatie staan tot het zwaartepunt. Mogelijk behandelen we deze onderwerpen in een toekomstig artikel
Gebruikte bronnen : Model Flight (Martin Simons, Argus Books 1988), Wikipedia, eigen documentatie
(Tekst en foto’s : Guido Van Roy)
Klik op onderstaande foto voor een fotografische impressie.
Bij het zien van een landende Piper J-3 Cub hoorde ik ooit een bezoeker aan de Schaffense fly-in opmerken dat “de piloot bij dit type nog achteraan zat en dat dit dus wel een heel oud vliegtuig moest zijn”. Het eerste stuk van zijn opmerking was juist, de piloot zat inderdaad op de achterste zitplaats terwijl er op de voorste zit niemand te bespeuren was. Het tweede deel van diezelfde opmerking, namelijk dat zoiets enkel bij oude vliegtuigen van toepassing is, slaat echter nergens op. Waarom zat die piloot dan achteraan ?
We diepen even onze kennis op over de wetten van de fysica. Een vliegtuig is samengesteld uit een hele resem onderdelen, elk met een eigen gewicht, maar door het samentellen van de gewichten van alle samenstellende onderdelen komen we tot een globaal gewicht voor het ganse vliegtuig. Dit gewicht, in de fysica een “kracht”, is weliswaar over het ganse vliegtuig verdeeld maar kan herleid worden tot één aangrijpingspunt (het zwaartepunt, Engelse term Centre of Gravity, afgekort tot CG) waar de verdeling van de gewichten in alle richtingen gelijkmatig is. Stel dat we aan het vliegtuig een koord bevestigen in dit zwaartepunt en dat we het toestel daarmee van de grond tillen dan zal het perfect in evenwicht zijn en dus niet met neus of staart naar beneden kantelen.
We denken even terug aan de Piper J-3 Cub of elk ander toestel van een gelijkaardige configuratie (normale romp, rechte vleugel) en bekijken het vliegtuig van bovenaf. In de praktijk is gebleken dat de ideale positie voor het zwaartepunt niet in het midden van de vleugel ligt (wat instinctief zou kunnen verondersteld worden) maar op ongeveer 25% van de vleugelkoorde (= de breedte van de vleugel, dus in de lengterichting van het vliegtuig, de 25% positie wordt daarbij altijd gemeten vanaf de vleugelvoorrand). Bij vliegtuigen met een andere configuratie (pijlvleugel, tweedekker, enz…) geldt hetzelfde principe, maar er komt wat meer rekenwerk bij kijken om de afwijkende vorm te herleiden naar de standaardconfiguratie met een rechte vleugel.
Bij een zwaartepunt dat te ver naar voren ligt spreken we van een neuslastig vliegtuig. In extreme gevallen leidt dit tot een toestel dat niet of amper van de grond raakt bij het opstijgen. In het andere geval, met een zwaartepunt dat te ver naar achteren ligt, krijgen we een staartlastig vliegtuig. Bij het opstijgen zal een dergelijk toestel gemakkelijker de neiging hebben van de grond los te komen want de neus is “lichter” en wil omhoog. Door de (te) hoge neusstand levert de vleugel echter merkelijk meer luchtweerstand dan normaal, ten koste van de opwaartse liftkracht die verwacht wordt. Gevolg : als het vliegtuig al in de lucht geraakt zal het gemakkelijk overtrokken geraken (= volledig verlies van lift, in dit geval veroorzaakt door een combinatie van lage snelheid en te hoge neusstand), waarschijnlijk eindigend in een crash. Het zal duidelijk zijn dat een gewichtsverdeling die het vliegtuig ofwel neuslastig ofwel staartlastig maakt levensgevaarlijk kan zijn.
Nu even terug naar die “piloot die achteraan zat”… Zoals uit het voorgaande blijkt is de positie van het zwaartepunt van groot belang om veilig te kunnen vliegen. Uiteraard beïnvloedt de lading van het vliegtuig dit zwaartepunt. Door de positie van de passagierszetel ter hoogte van het zwaartepunt te voorzien maakt het niet uit of die passagier wel of niet aanwezig is. De plaats van de piloot, die per definitie altijd aanwezig is van take off tot landing, heeft dus wel gevolgen. Hierbij wordt uiteraard rekening gehouden bij het ontwerp van het vliegtuig, het gewicht van een piloot wordt gewoon meegenomen in alle mogelijke berekeningen tijdens de ontwerpfase van een nieuw toestel. Het feit dat het zicht van een achteraan zittende piloot gehinderd wordt door de voor hem geplaatste passagier is een klein nadeel. Het is dus absoluut niet abnormaal of “ouderwets” als de piloot achteraan zit in plaats van vooraan, dit is gewoon een gevolg van de onverbiddelijke wetten van de fysica die bepalen wanneer de gewichtsverdeling in een vliegtuig correct of foutief is.
Toch kan van het bovenstaande afgeweken worden. Hoe lichter het toestel, hoe groter de invloed is van het gewicht van piloot en passagier(s), bij zwaardere vliegtuigen is deze invloed in verhouding kleiner. Een voorbeeld : bij de Stampe-Vertongen SV-4 (leeggewicht 480kg) zit de piloot altijd achteraan met een eventuele passagier ter hoogte van het zwaartepunt terwijl bij de Fouga Magister (leeggewicht 2150kg) de piloot altijd vooraan plaatsneemt met zijn eventuele passagier (of vlieginstructeur) op de achterste zitplaats - beide zitplaatsen liggen ruim voor het zwaartepunt, toch is er geen ballast nodig op de achterste zitplaats indien het toestel solo gevlogen wordt.
We merken op dat vooral tijdens de 1e Wereldoorlog bij een aantal 2-zits toestellen (lichte bommenwerpers of verkenningsvliegtuigen) de piloot toch vooraan zat ter hoogte van het zwaartepunt, boven, onder of tussen de vleugels naargelang het type vliegtuig. De achterste plaats (dit was niet noodzakelijk een “zit-”plaats) was voorzien voor een 2e bemanningslid die een fotocamera en/of mitrailleur moest bedienen en daarvoor vrij zicht naar alle richtingen benodigde. Vliegen zonder dit 2e bemanningslid kon enkel mits het aanbrengen van ballast, waarvoor dikwijls bij Britse tweezitters een waarschuwing op de romp was aangebracht (zie bv. de R.E.8 in het Brussels Air Museum). Jammer genoeg werd wel eens vergeten dit extra gewicht mee te nemen wat gewoonlijk resulteerde in een spectaculaire crash bij het opstijgen.
Bij de meeste tweezitstoestellen met de zitplaatsen naast elkaar worden de inzittenden vrijwel op het zwaartepunt geplaatst, zodat er van hogergenoemde problematiek geen sprake is.
Onafhankelijk van de grootte en zwaarte blijft de gewichtsverdeling, en bijgevolg de positie van het zwaartepunt, bij elk vliegtuig uitermate belangrijk. Tot in de jaren 1930 was het gangbaar bij commerciële vluchten om de passagiers te wegen en in functie van hun gewicht te verdelen over de passagierscabine. Zelfs heden ten dage wordt dit nog toegepast, o.a. bij passagiersvluchten over de Grand Canyon met een éénmotorige Cessna 207 Stationair (doorgaans ingericht voor 5 of 6 passagiers). De zwaarste passagier mag naast de piloot plaatsnemen, de achterste plaatsen (achter het zwaartepunt) worden toegekend aan de pluimgewichten.
Om dezelfde redenen wordt de vracht voor commerciële of militaire transportvliegtuigen gewogen en naar behoefte verdeeld over de vrachtruimte. Hierbij is trouwens ook de volgorde van laden of lossen van belang, om het achterover kantelen van het vliegtuig op de grond te vermijden.
Zoals steeds heeft elke ogenschijnlijke eigenaardigheid in de luchtvaart een gegronde reden. De positie van de zitplaats van de piloot, vooral in kleinere vliegtuigen, is er één van !
Bovenstaande tekst belicht slechts 1 parameter (zwaartepunt) die bij het ontwerp van een vliegtuig in acht genomen wordt. Parameters zoals stabiliteit of neutraal punt werden hierbij opzettelijk niet vermeld hoewel ze minstens even belangrijk zijn en in relatie staan tot het zwaartepunt. Mogelijk behandelen we deze onderwerpen in een toekomstig artikel
Gebruikte bronnen : Model Flight (Martin Simons, Argus Books 1988), Wikipedia, eigen documentatie
(Tekst en foto’s : Guido Van Roy)
Klik op onderstaande foto voor een fotografische impressie.
