Hoe Ornithopters Vliegen

1.1 Vlucht images van de EV7a

De gasveer wordt opgepompt
Voor aanvang van de gasdrukveer wordt opgepompt. Door de druk wordt de slagtijdverhouding van de op- en neergaande slag beïnvloed. Bij de EV-modellen werd over het algemeen een verhouding van 1:1 nagestreefd.

Hoogtestart
Met de EV7a werden eerst met een elastiek hoogtestarts uitgevoerd. Een ontkoppelhoogte van ca. 10 meter was voldoende. Het aandrijfmechanisme moet dan naar de glijpositie geregeld worden.

Tijdens de glijvlucht was de vleugelverdraaiing in orde.

Vleugelverdraaiing tijdens de neergaande slag. In het armvleugelbereik klopt dit wel enigszins. Aan de tips van de handvleugels is te zien dat ze veel te klein is. Zie hiervoor:

• - verslag over
  De ontwikkeling van de EV-slagvleugelmodellen,    afbeelding 26
• - Handboek, hoofdstuk 6.5

Vleugelverdraaiing tijdens de opgaande slag

Overdraaiing van de vleugelinstelhoek
(Opmerkingen zoals in de overeen­komstige afbeelding van de EV6)
In de eindaanslag van de vleugelslagen neemt de vleugelverdraaiing van de handvleugels te sterk toe. Dit wordt met name door de massatraagheid van de achterlijst bij het afremmen van de slagbeweging en het versnellen in de tegenovergestelde richting veroorzaakt.

Op het moment dat de vleugels stilstaan in de eindposities zou vanuit het punt van lift- en trekkrachtopwekking eigenlijk de instelhoek van de glijvlucht ingesteld moeten zijn.
Er zijn echter ook voordelen aan de overdraaiing verbonden. Zie Handboek, hoofdstuk 6.8 en 6.9.

Overlandvlucht
Dit is een originele opname, waarvan de separate beelden gebruikt zijn om deze fotoserie samen te stellen. Alle fragmenten werden ten opzichte van een grenspaal uitgelijnd.

Vliegbeelden in groter formaat (136 KB)

1.2 Vluchtstabiliteit van de ornithopter

Bij alle EV-slagvleugelmodellen moesten de vermogensvluchten wegens problemen met de stabiliteit steeds weer voortijdig worden afgebroken. De oorzaken daarvan waren:

• Verlies van het krachtenevenwicht tijdens variatie
  van de vliegsnelheid of de stijghoek.
• Ontbrekende ervaring en nervositeit van de modelpiloot.
• Volgproblemen wegens de grote afstand
  of de grote bochtenradius van het model.

Waarschijnlijk speelt de met de vleugelverdraaiing veranderende instelhoek hierbij ook een rol. In ieder geval bleek het staartvlak bij vrijwel alle nieuwe EV-modellen te klein.

Het labiele krachtenevenwicht van een hoofdzakelijk liftopwekkend slagvleugelpaar bij veranderlijke vliegsnelheid kan ook rekentechnisch worden aangetoond. Zie hiervoor het Handboek, hoofdstuk 8.6.

De optredende problemen worden door de sterk wisselden rompneigingen, in enkele van de onderstaande beelden van een kruisvlucht duidelijk.

In the flight tests I often have made the experience that the model changeover to descent with the increase of the flapping frequency. At that time, I had always only lead this back to an insufficient wing twist and a stall in the outer wing area, especially during wing downstroke. Also this can happen during wing upstroke. In a stall, thrust and lift are simultaneously reduced.

Furthermore, however, also a shift of the lift on upstroke is considered as a cause for the descent. If on upstroke the lift near the wing tip is still positive, it becomes smaller and then negative when the flapping speed increases. In this way the center of the lift is displaced to the wing root. This indeed increases the thrust, but necessarily reduces the lift. In this way, the model goes into descent despite of thrust increase. Only when the flapping frequency is increased further, the airflow brakes during upstroke.

The lift reduction during upstroke, as a result of a displacement of lift in the direction of the wing root, is unavoidable without countermeasures. However, it can be counterbalanced by higher lift during downstroke or by the elevator. For this purpose, however, the wing profile must have enough lift reserves (e.g. by large wing chord). In my models this was obviously not the case. There has also not been a sufficient lift increase due to a possible increase in the flight velocity.

Therefore, an increase in the flapping frequency does not guarantee a climb flight. Unfortunately, in my models also a reduction in the flapping frequency did not lead to more climb. The window of the optimal flapping frequency simply was too small and was only for the level flight.

1.3 De videos van de EV7a (1990)

Scène 1

toont een korte slagvlucht met een omschakeling naar glijvlucht. Daarbij wird een tandheugel­aandrijving gebruikt met een elektronische omschakeling.

Download

640 x 480 mp4 (0.8MB)

480 x 360 mp4 (0.5MB)

320 x 240 mp4 (0.2MB)

Scène 2:

Bij deze slagvlucht zijn in het bijzonder de cyclische veranderingen van de vleugel­verdraaiing te zien.

Download

640 x 480 mp4 (0.5MB)

480 x 360 mp4 (0.3MB)

320 x 240 mp4 (0.1MB)

Scène 3

toont met zijn duur van enkele minuten één van de weinige langere vluchten. Men ziet in het bijzonder:

• een hoogtestart vanaf ongeveer 10 m hoogte,
• een overgang van glijvlucht naar krachtvlucht m.b.v. de vleugelaandrijving,
• de relatief langzame slagbeweging (periodeduur ca. 1,1 s),
• de desondanks slechts geringe op- en neergaande pendelbeweging van de romp,
• een horizontale vlucht over een langere afstand, zonder stijgwind of thermiek en
• de gevolgen van de plotselinge afname van lift en trekkracht door overtrekken na een korte stijgvlucht (zie boven Vliegstabiliteit van de ornithopter).

Download

640 x 480 mp4 (1.3MB)

480 x 360 mp4 (0.7MB)

320 x 240 mp4 (0.4MB)

2.1 Drie-meter-vogel tijdens het aanvliegen

- een modelvliegbelevenis -

De volgende afbeeldingen tonen de EV7b (met veren aan de vleugeltips) tijdens nadering. Dit model legt met een gering aantal vleugelslagen (in dit geval ca. 9 vleugelslagen) grote afstanden af. De verschillende vleugelverdraaiingen tijdens de op- en neergaande vleugelslag zijn goed te herkennen.