LUchtvaart Nationaal Antwerpen Kempen
LUNAK
ASYMMETRIE IN DE LUCHTVAART
Gevoel voor symmetrie is een eigenschap die de mens is aangeboren. Een aangezicht is in principe links en rechts (ongeveer) gelijk. Als u uw auto langs voor of achter bekijkt zijn er amper verschillen te zien tussen de linker- en de rechterkant van het koetswerk. Denk er even over na, ongetwijfeld ziet u nog tientallen andere symmetrische voorbeelden in uw directe omgeving. Symmetrie is nu eenmaal een rustgevende eigenschap die zegt dat iets “in orde” is. Asymmetrische aspecten in vormgeving verstoren het rustgevende, wat niet noodzakelijk verkeerd is. Asymmetrie kan, afhankelijk van hoe en waar toegepast, voor wat extra dynamiek zorgen en een saai voorwerp net dat tikkeltje speciaal en interessant maken.
In feite kunnen we over symmetrie (en asymmetrie) bij vliegtuigen grotendeels hetzelfde zeggen. Grotendeels… maar niet helemaal !
Vooreerst is er het puur esthetische aspect. Kleurenschema’s op (burger-)vliegtuigen zien er gewoonlijk links en rechts hetzelfde uit. In enkele gevallen wordt hiervan afgeweken, tot grote vreugde van de vliegtuigspotters. Verkeersvliegtuigen met links en rechts afwijkende taferelen in speciale schilderingen (destijds bv. de Brussels Airlines A320 OO-SNE “Bruegel”) zijn gewilde onderwerpen voor de vliegtuigfotografen onder ons. Andere buitenbeentjes zijn bijvoorbeeld de sportvliegtuigen van de Nederlandse firma CNE Air met één rode en één blauwe vleugel.
Bij militaire toestellen is de keuze voor een asymmetrisch camouflagepatroon dan weer vanzelfsprekend. Camouflage is inderdaad het meest effectief bij afwezigheid van regelmaat, vandaar dat de verdeling van camouflagekleuren links en rechts in principe totaal verschillend is. Maar omdat het camouflagekleuren zijn vallen deze verschillen niet echt op, de kleuren vloeien trouwens in de meeste gevallen geleidelijk in elkaar over.
Los van een voorkeur voor al dan niet symmetrische kleurverdelingen treden bij vliegtuigen evenwel ook technische eisen op, die een zekere mate van asymmetrie tot gevolg hebben. De vormgeving van motoren en de hierop gemonteerde accessoires maken soms een uitstulping van de motorkap links of rechts noodzakelijk. Idem voor eventuele (lucht) in- of uitlaten, die aangebracht worden waar ze het meeste effect hebben, daarbij denken we bijvoorbeeld aan de koelluchtinlaat op de Tiger Moth of SV4 die links vooraan zit terwijl de rechtervoorkant van de motorkap gesloten is.
Propellervliegtuigen met krachtige motoren worden geconfronteerd met ernstige stabiliteitsproblemen als gevolg van de door de motor/propeller combinatie uitgeoefende krachten en de kurketrekkerachtige luchtstroom die rond het vliegtuig kolkt. Dat deze krachtverdeling niet symmetrisch op de linker- en rechterkant van het vliegtuig werkt zal duidelijk zijn aangezien de propeller uitsluitend in één richting draait. Zonder extra maatregelen is het dus aan de piloot om via voetenstuur en stick die krachten het hoofd te bieden, zodat vliegen een zware fitnessoefening evenaart. In de praktijk zal de vliegtuigontwerper in zijn ontwerp echter rekening houden met deze permanent optredende asymmetrische krachten door bv. het vast gedeelte van het verticaal staartvlak lichtjes schuin ten opzichte van de lengteas van het vliegtuig te oriënteren. Dit is met het blote oog overigens zo goed als onzichtbaar.
Bij racevliegtuigen gaat men soms een stapje verder. Zo werd bij de Macchi M.39, specifiek ontworpen voor de Schneider Trophy, de linkervleugel iets langer gemaakt dan de rechtervleugel. Tijdens de Schneider Trophy race werden inderdaad enkel linkerbochten gevlogen en de langere linkervleugel maakte kortere bochten mogelijk. De tijdens de 2e Wereldoorlog eveneens bij Macchi gebouwde jachtvliegtuigen van de types MC.200/MC.202/MC.205 beschikten eveneens over een iets langere linkervleugel, in dit geval enkel en alleen als compensatie voor het koppel van de motor/propeller combinatie.
Enkele bommenwerpers werden tijdens de 2e Wereldoorlog deels van asymmetrische kenmerken voorzien, zoals bijvoorbeeld de Duitse Heinkel He111 en de Junkers Ju88 (rompneus, minder uitgesproken bij de Ju88 maar zeer opvallend bij de He111), de Britse Bristol Blenheim Mk.IV (opvallend asymmetrische beglazing over de cabine van de bommenrichter vlak voor de cockpit) of de Russische Yermolaev Yer-2 (canopy links bovenop de romp). In alle gevallen werd deze asymmetrie veroorzaakt door de interne inrichting van de romp waarbij zoveel mogelijk mensen, bewapening en instrumenten in een zo klein mogelijke ruimte dienden ondergebracht te worden.
Ook in het jet tijdperk doken in Groot-Brittannië enkele (licht) asymmetrische vliegtuigen op : de De Havilland DH110 Sea Vixen en enkele latere versies van de English Electric Canberra hadden een druppelvormige canopy links bovenop de romp. Bij de DH110 zat de navigator naast de piloot, evenwel lager in de romp zonder direct zicht naar buiten met uitzondering van een venster boven zijn zitplaats. Bij de Canberra was het de toegang voor zowel piloot als navigator via een klein deurtje in de rechterzijkant van de romp die een centrale zitplaats voor de piloot onmogelijk maakte. In beide gevallen was een asymmetrische rompconstructie dus de eenvoudigste oplossing.
Soms worden meermotorige vliegtuigen omgebouwd om een nieuw type motor in vlucht te testen. De te testen krachtbron wordt dan gewoonlijk aangebracht op de plaats van één van de standaardmotoren. Zo verving General Electric bij haar Boeing 747-446 N747GF motor 2 door een experimentele GE9X straalmotor die bijna de dubbele diameter had van de standaardmotoren. De McDonnell-Douglas MD.81 N980DC had dan weer een GE36 propfan (UDF - UnDucted Fan) ter vervanging van de tegen de romp gemonteerde standaard straalmotor links achteraan. In deze specifieke gevallen is het asymmetrische aspect geen bewust doel op zich maar gewoon een gevolg van de beperkte testfaciliteiten met een bestaand vliegtuig.
Voorgaande beschrijving handelt nog steeds over relatief kleine afwijkingen van verder symmetrisch opgebouwde vliegtuigen. Maar wat als we letterlijk alle symmetrie overboord gooien ? Veel voorbeelden van compleet asymmetrische vliegtuigconstructies kunnen we niet aanhalen, maar er zijn er toch enkele geweest.
Eind 1917/begin 1918 werd de door Hans Burkhard ontworpen Gotha G.VI gebouwd, een tweedekker bommenwerper met links van de langsas een romp met een motor vooraan, cabine voor piloot in het midden en klassieke staartvlakken achteraan. Rechts van de langsas zat een korte cabine voor de boordschutter vooraan en een motor met duwschroef achteraan. Ontwerper Burkhard paste deze onorthodoxe bouwwijze toe om de luchtweerstand van het vliegtuig te verminderen : 2 motorgondels + romp leveren inderdaad meer weerstand op dan 1 gondel + romp. Het enige prototype maakte een aantal succesvolle testvluchten alvorens bij een landing zwaar beschadigd te geraken in de zomer van 1918. De testvluchten toonden aan dat de symmetrische staartvlakken onstabiliteit en trillingen veroorzaakten waardoor beslist werd een 2e prototype te bouwen met asymmetrische staartvlakken. De bouw van dit 2e toestel moest echter gestaakt worden bij het einde van de 1e Wereldoorlog.
In 1937 vaardigde het Duitse RLM (ReichsLuftfahrtMinisterium) een specificatie uit voor een éénmotorige verkenner met ongeëvenaarde kwaliteiten op het vlak van uitzicht in alle mogelijke richtingen. De firma Blohm & Voss bouwde als antwoord op deze specificatie de opvallende Bv141, een volledig asymmetrisch vliegtuig. De romp was voorzien van een BMW stermotor vooraan, een linker- en rechtervleugel van verschillende spanwijdte en een asymmetrisch staartvlak achteraan. Bovenop de rechtervleugel werd een gesloten cabine voor de piloot, observator en boordschutter gebouwd. De vliegeigenschappen waren ondanks de rare vormgeving best goed te noemen. Serieproductie bleef beperkt tot 20 Bv141B’s omdat het RLM oordeelde dat de op de Bv141 gebruikte BMW stermotoren dringend benodigd waren bij de productie van Focke-Wulf Fw190 jagers. Blohm & Voss, onder impuls van hoofdontwerper Richard Vogt, bleef tijdens de 2e Wereldoorlog actief in het bedenken van asymmetrische vliegtuigen hoewel geen enkele van deze ontwerpen het tot het hardware stadium bracht.
In een veel recenter verleden vinden we 2 ontwerpen van de Amerikaan Burt Rutan (bekend van zelfbouwvliegtuigen zoals o.a. de VariEze) : de Boomerang en de ARES. De Boomerang was een tweemotorig toestel met 2 staartbomen, waarbij de rechterstaartboom ter hoogte van de vleugel uitgebouwd werd met een vrij omvangrijke cabine voor de piloot en 4 passagiers terwijl de linkerstaartboom relatief slank uitgevoerd werd. De Scaled Composites ARES (Agile Responsive Effective Support) was dan weer een bijzonder compact grondaanvalsvliegtuig. Het werd door 1 links in de romp ingebouwde straalmotor aangedreven terwijl de rechterzijde van de romp voorzien was voor een 25mm Gatling kanon. De romp werd bovendien lichtjes verschoven ten opzichte van de langsas van het vliegtuig (de as die van voor naar achter gaat en de vleugel in 2 gelijke helften links en rechts verdeelt).
Beide vliegtuigen waren ontegensprekelijk asymmetrisch, weliswaar in mindere mate dan de oorlogsontwerpen van Blohm & Voss. In beide gevallen was het de ontwerper er om te doen om met een zo compact mogelijk vliegtuig de capaciteiten van veel grotere symmetrisch opgebouwde vliegtuigen te evenaren of zelfs te overtreffen.
Zoals uit voorgaande voorbeelden blijkt is een deels asymmetrisch vliegtuig dus niet echt ongewoon. Van zodra de hoofdlijnen drastischer afwijken van het overwegend symmetrische worden de wenkbrauwen echter gefronst. Een echte doorbraak voor compleet asymmetrische vliegtuigen zit er voorlopig nog niet in. Mogelijk heeft de bedenking “what looks right flies right” hiermee te maken, al kan hieraan geen technische wetmatigheid verbonden worden.
(Bronnen : internet, eigen documentatie)
(Tekst: Guido Van Roy - Foto’s: Guido Van Roy en Jef Pets)
Klik op onderstaande foto voor een beeldverslag.
Gevoel voor symmetrie is een eigenschap die de mens is aangeboren. Een aangezicht is in principe links en rechts (ongeveer) gelijk. Als u uw auto langs voor of achter bekijkt zijn er amper verschillen te zien tussen de linker- en de rechterkant van het koetswerk. Denk er even over na, ongetwijfeld ziet u nog tientallen andere symmetrische voorbeelden in uw directe omgeving. Symmetrie is nu eenmaal een rustgevende eigenschap die zegt dat iets “in orde” is. Asymmetrische aspecten in vormgeving verstoren het rustgevende, wat niet noodzakelijk verkeerd is. Asymmetrie kan, afhankelijk van hoe en waar toegepast, voor wat extra dynamiek zorgen en een saai voorwerp net dat tikkeltje speciaal en interessant maken.
In feite kunnen we over symmetrie (en asymmetrie) bij vliegtuigen grotendeels hetzelfde zeggen. Grotendeels… maar niet helemaal !
Vooreerst is er het puur esthetische aspect. Kleurenschema’s op (burger-)vliegtuigen zien er gewoonlijk links en rechts hetzelfde uit. In enkele gevallen wordt hiervan afgeweken, tot grote vreugde van de vliegtuigspotters. Verkeersvliegtuigen met links en rechts afwijkende taferelen in speciale schilderingen (destijds bv. de Brussels Airlines A320 OO-SNE “Bruegel”) zijn gewilde onderwerpen voor de vliegtuigfotografen onder ons. Andere buitenbeentjes zijn bijvoorbeeld de sportvliegtuigen van de Nederlandse firma CNE Air met één rode en één blauwe vleugel.
Bij militaire toestellen is de keuze voor een asymmetrisch camouflagepatroon dan weer vanzelfsprekend. Camouflage is inderdaad het meest effectief bij afwezigheid van regelmaat, vandaar dat de verdeling van camouflagekleuren links en rechts in principe totaal verschillend is. Maar omdat het camouflagekleuren zijn vallen deze verschillen niet echt op, de kleuren vloeien trouwens in de meeste gevallen geleidelijk in elkaar over.
Los van een voorkeur voor al dan niet symmetrische kleurverdelingen treden bij vliegtuigen evenwel ook technische eisen op, die een zekere mate van asymmetrie tot gevolg hebben. De vormgeving van motoren en de hierop gemonteerde accessoires maken soms een uitstulping van de motorkap links of rechts noodzakelijk. Idem voor eventuele (lucht) in- of uitlaten, die aangebracht worden waar ze het meeste effect hebben, daarbij denken we bijvoorbeeld aan de koelluchtinlaat op de Tiger Moth of SV4 die links vooraan zit terwijl de rechtervoorkant van de motorkap gesloten is.
Propellervliegtuigen met krachtige motoren worden geconfronteerd met ernstige stabiliteitsproblemen als gevolg van de door de motor/propeller combinatie uitgeoefende krachten en de kurketrekkerachtige luchtstroom die rond het vliegtuig kolkt. Dat deze krachtverdeling niet symmetrisch op de linker- en rechterkant van het vliegtuig werkt zal duidelijk zijn aangezien de propeller uitsluitend in één richting draait. Zonder extra maatregelen is het dus aan de piloot om via voetenstuur en stick die krachten het hoofd te bieden, zodat vliegen een zware fitnessoefening evenaart. In de praktijk zal de vliegtuigontwerper in zijn ontwerp echter rekening houden met deze permanent optredende asymmetrische krachten door bv. het vast gedeelte van het verticaal staartvlak lichtjes schuin ten opzichte van de lengteas van het vliegtuig te oriënteren. Dit is met het blote oog overigens zo goed als onzichtbaar.
Bij racevliegtuigen gaat men soms een stapje verder. Zo werd bij de Macchi M.39, specifiek ontworpen voor de Schneider Trophy, de linkervleugel iets langer gemaakt dan de rechtervleugel. Tijdens de Schneider Trophy race werden inderdaad enkel linkerbochten gevlogen en de langere linkervleugel maakte kortere bochten mogelijk. De tijdens de 2e Wereldoorlog eveneens bij Macchi gebouwde jachtvliegtuigen van de types MC.200/MC.202/MC.205 beschikten eveneens over een iets langere linkervleugel, in dit geval enkel en alleen als compensatie voor het koppel van de motor/propeller combinatie.
Enkele bommenwerpers werden tijdens de 2e Wereldoorlog deels van asymmetrische kenmerken voorzien, zoals bijvoorbeeld de Duitse Heinkel He111 en de Junkers Ju88 (rompneus, minder uitgesproken bij de Ju88 maar zeer opvallend bij de He111), de Britse Bristol Blenheim Mk.IV (opvallend asymmetrische beglazing over de cabine van de bommenrichter vlak voor de cockpit) of de Russische Yermolaev Yer-2 (canopy links bovenop de romp). In alle gevallen werd deze asymmetrie veroorzaakt door de interne inrichting van de romp waarbij zoveel mogelijk mensen, bewapening en instrumenten in een zo klein mogelijke ruimte dienden ondergebracht te worden.
Ook in het jet tijdperk doken in Groot-Brittannië enkele (licht) asymmetrische vliegtuigen op : de De Havilland DH110 Sea Vixen en enkele latere versies van de English Electric Canberra hadden een druppelvormige canopy links bovenop de romp. Bij de DH110 zat de navigator naast de piloot, evenwel lager in de romp zonder direct zicht naar buiten met uitzondering van een venster boven zijn zitplaats. Bij de Canberra was het de toegang voor zowel piloot als navigator via een klein deurtje in de rechterzijkant van de romp die een centrale zitplaats voor de piloot onmogelijk maakte. In beide gevallen was een asymmetrische rompconstructie dus de eenvoudigste oplossing.
Soms worden meermotorige vliegtuigen omgebouwd om een nieuw type motor in vlucht te testen. De te testen krachtbron wordt dan gewoonlijk aangebracht op de plaats van één van de standaardmotoren. Zo verving General Electric bij haar Boeing 747-446 N747GF motor 2 door een experimentele GE9X straalmotor die bijna de dubbele diameter had van de standaardmotoren. De McDonnell-Douglas MD.81 N980DC had dan weer een GE36 propfan (UDF - UnDucted Fan) ter vervanging van de tegen de romp gemonteerde standaard straalmotor links achteraan. In deze specifieke gevallen is het asymmetrische aspect geen bewust doel op zich maar gewoon een gevolg van de beperkte testfaciliteiten met een bestaand vliegtuig.
Voorgaande beschrijving handelt nog steeds over relatief kleine afwijkingen van verder symmetrisch opgebouwde vliegtuigen. Maar wat als we letterlijk alle symmetrie overboord gooien ? Veel voorbeelden van compleet asymmetrische vliegtuigconstructies kunnen we niet aanhalen, maar er zijn er toch enkele geweest.
Eind 1917/begin 1918 werd de door Hans Burkhard ontworpen Gotha G.VI gebouwd, een tweedekker bommenwerper met links van de langsas een romp met een motor vooraan, cabine voor piloot in het midden en klassieke staartvlakken achteraan. Rechts van de langsas zat een korte cabine voor de boordschutter vooraan en een motor met duwschroef achteraan. Ontwerper Burkhard paste deze onorthodoxe bouwwijze toe om de luchtweerstand van het vliegtuig te verminderen : 2 motorgondels + romp leveren inderdaad meer weerstand op dan 1 gondel + romp. Het enige prototype maakte een aantal succesvolle testvluchten alvorens bij een landing zwaar beschadigd te geraken in de zomer van 1918. De testvluchten toonden aan dat de symmetrische staartvlakken onstabiliteit en trillingen veroorzaakten waardoor beslist werd een 2e prototype te bouwen met asymmetrische staartvlakken. De bouw van dit 2e toestel moest echter gestaakt worden bij het einde van de 1e Wereldoorlog.
In 1937 vaardigde het Duitse RLM (ReichsLuftfahrtMinisterium) een specificatie uit voor een éénmotorige verkenner met ongeëvenaarde kwaliteiten op het vlak van uitzicht in alle mogelijke richtingen. De firma Blohm & Voss bouwde als antwoord op deze specificatie de opvallende Bv141, een volledig asymmetrisch vliegtuig. De romp was voorzien van een BMW stermotor vooraan, een linker- en rechtervleugel van verschillende spanwijdte en een asymmetrisch staartvlak achteraan. Bovenop de rechtervleugel werd een gesloten cabine voor de piloot, observator en boordschutter gebouwd. De vliegeigenschappen waren ondanks de rare vormgeving best goed te noemen. Serieproductie bleef beperkt tot 20 Bv141B’s omdat het RLM oordeelde dat de op de Bv141 gebruikte BMW stermotoren dringend benodigd waren bij de productie van Focke-Wulf Fw190 jagers. Blohm & Voss, onder impuls van hoofdontwerper Richard Vogt, bleef tijdens de 2e Wereldoorlog actief in het bedenken van asymmetrische vliegtuigen hoewel geen enkele van deze ontwerpen het tot het hardware stadium bracht.
In een veel recenter verleden vinden we 2 ontwerpen van de Amerikaan Burt Rutan (bekend van zelfbouwvliegtuigen zoals o.a. de VariEze) : de Boomerang en de ARES. De Boomerang was een tweemotorig toestel met 2 staartbomen, waarbij de rechterstaartboom ter hoogte van de vleugel uitgebouwd werd met een vrij omvangrijke cabine voor de piloot en 4 passagiers terwijl de linkerstaartboom relatief slank uitgevoerd werd. De Scaled Composites ARES (Agile Responsive Effective Support) was dan weer een bijzonder compact grondaanvalsvliegtuig. Het werd door 1 links in de romp ingebouwde straalmotor aangedreven terwijl de rechterzijde van de romp voorzien was voor een 25mm Gatling kanon. De romp werd bovendien lichtjes verschoven ten opzichte van de langsas van het vliegtuig (de as die van voor naar achter gaat en de vleugel in 2 gelijke helften links en rechts verdeelt).
Beide vliegtuigen waren ontegensprekelijk asymmetrisch, weliswaar in mindere mate dan de oorlogsontwerpen van Blohm & Voss. In beide gevallen was het de ontwerper er om te doen om met een zo compact mogelijk vliegtuig de capaciteiten van veel grotere symmetrisch opgebouwde vliegtuigen te evenaren of zelfs te overtreffen.
Zoals uit voorgaande voorbeelden blijkt is een deels asymmetrisch vliegtuig dus niet echt ongewoon. Van zodra de hoofdlijnen drastischer afwijken van het overwegend symmetrische worden de wenkbrauwen echter gefronst. Een echte doorbraak voor compleet asymmetrische vliegtuigen zit er voorlopig nog niet in. Mogelijk heeft de bedenking “what looks right flies right” hiermee te maken, al kan hieraan geen technische wetmatigheid verbonden worden.
(Bronnen : internet, eigen documentatie)
(Tekst: Guido Van Roy - Foto’s: Guido Van Roy en Jef Pets)
Klik op onderstaande foto voor een beeldverslag.
