8.5 STUURORGANEN EN ROEREN
8.5.1 Algemeen
Met de stuurorganen wordt het vliegtuig bestuurbaar gemaakt. Er zijn primaire en secundaire stuurorganen. Primaire stuurorganen dienen voor de besturing om de drie assen. Dat wil zeggen stampen om de dwarsas met het hoogteroer, rollen om de langsas met de rolroeren en gieren om de topas met het richtingsroer. Met de secundaire stuurorganen wordt de lift en/of weerstand aangepast. Dit gebeurt met welvings- en/of remkleppen.
Door de stuurorganen uit te slaan worden de roeren bediend waarmee luchtkrachten worden opgewekt welke het vliegtuig van stand doen veranderen waarna de vliegbaan wordt aangepast.
Dit hoofdstuk gaat alleen over het besturingssysteem; de besturing zelf is onderdeel van het vak ‘Beginselen van he Zweefvliegen’.
Kabels en (stoot)stangen en torsiebuis
De aansturing van de roeren vindt plaats via kabels en/of stangen. Kabels bestaan uit gevlochten metalen draden of tieren. De stangen bestaan uit holle metalen buizen. Kabels zijn lichter dan stangen, maar hebben het nadeel dat er alleen aan getrokken kan worden zodat er altijd twee kabels nodig zijn voor bediening naar twee kanten. Aan een stang daarentegen kan zowel getrokken als geduwd worden; bovendien kan een stang om zijn lengteas draaien. Tevens zal een kabel door temperatuurwisselingen meer last van krimp/rek hebben dan een stang. Een door temperatuur opgerekte en dus slappe kabel komt de besturing niet ten goede. Dit laatste kan kritisch zijn als het roer gevoelig is voor flutter (zie het vak ‘Beginselen van het Zweefvliegen’). Om die reden worden het hoogteroer en de rolroeren tegenwoordig aangestuurd door stangen terwijl het richtingsroer wordt aangestuurd door kabels. Zie afbeelding 8.5.1.
Opmerking
Een stang waaraan getrokken of geduwd wordt is een stootstang. Een stang die om zijn lengteas wordt verdraaid is een torsiebuis.
Katrollen en tuimelaars
Om de bewegingsrichting van kabels te veranderen, wordt gebruik gemaakt van katrollen. Om de bewegingsrichting van stangen te veranderen wordt gebruik gemaakt van tuimelaars ook wel genoemd kniehefbomen. Zie afbeelding 8.5.1.
Afbeelding 8.5.1 Torsiebuis, stootstangen en kabels, katrollen en tuimelaars
Snelkoppelingen
Ten behoeve van een snelle en veilige montage zijn de aansluitingen van de roeren aan de vleugel en stabilo voorzien van makkelijk losneembare koppelingen. Daar waar in het verleden nog werd gewerkt met moeren waarvoor gereedschap nodig was en welke met Fokkernaalden of splitpennen werden geborgd, worden nu (automatische) snelkoppelingen gebruikt. Een snelle koppeling tussen roer en stuurorgaan kan worden bewerkstelligd door een zogenaamd kogel en komgewricht. Vergelijk de wijze waarop de menselijke heup of schouder werkt. Aan de rompkant bevindt zich een kom welke om een kogel aan de roerkant kan vallen. De kogel wordt vervolgens opgesloten in de kom waarna deze verbinding wordt geborgd. Afbeelding 8.5.2 toont een l’Hotellier snelkoppeling.
Afbeelding 8.5.2 l’Hotellier snelkoppeling
Tegenwoordig worden de meeste nieuwe zweefvliegtuigen voorzien van automatische roeraansluitingen welke bij (de-)montage van de vleugel/stabilo automatisch worden gemaakt en geborgd. Daarbij is het hoogstens van belang dat de betreffende roeren/stuurorganen vóór montage in de juiste stand staan.
Tenslotte wordt aan het eind van dit hoofdstuk de starthaak beschreven.
8.5.2 Primaire stuurorganen
In deze paragraaf wordt de constructie van de bediening van het hoogteroer, de rolroeren en het richtingsroer uitgelegd.
Hoogteroer
Het hoogteroer is de scharnierende achterlijst van het stabilo (horizontale staartvlak). De constructie van het hoogteroer (en andere roeren) is reeds beschreven in hoofdstuk 8.1. Het hoogteroer is tegenwoordig steeds vaker met een automatische roeraansluiting, verbonden met een stangenstelsel dat door het kielvlak en de staartboom naar de stuurknuppel in de cockpit wordt geleid.
Pendel(hoogte)roer
Een pendelroer is in feite een geheel beweegbaar stabilo. Hierdoor vervalt de noodzaak van een apart hoogteroer. Ook het pendelhoogteroer wordt via de stuurknuppel, stangen, geleiders, tuimelaars en een snelkoppeling aangestuurd.
Hoogteroertrim
Bij zweefvliegtuigen wordt alle kracht die nodig is om de roeren uit te slaan opgewekt door de vlieger. De kracht om een roer uit te slaan neemt toe met de vliegsnelheid. Bij toenemende snelheid wordt het dus steeds lastiger om een roer uit te slaan. Op zich is dit een goede bescherming omdat een grote roeruitslag bij hoge snelheid makkelijk kan leiden tot ontoelaatbaar hoge luchtkrachten welke het roer en zelfs het vliegtuig kunnen beschadigen. Zie hiertoe de paragraaf over het v-n diagram bij hoofdstuk 8.2 Belastingen.
Omdat met het hoogteroer de neusstand en dus de vliegsnelheid wordt gecontroleerd is op het hoogteroer een triminrichting aangebracht. De hoogteroertrim maakt het mogelijk de stuurkrachten op het hoogteroer tot nul te reduceren binnen het normale snelheidsbereik. Hierdoor wordt het voor de vlieger minder vermoeiend een bepaalde neusstand, lees: snelheid vast te houden.
Aerodynamische trim
De hoogteroertrim werd in het verleden uitgevoerd als een vanuit de cockpit instelbaar trimvlakje achterop het hoogteroer. Door de groene trimhendel in de cockpit naar voren/achteren te bewegen werd via een zogenaamde bowdenkabel (dunne kabel in een omhulling waaraan getrokken én geduwd kan worden) het trimvlakje in een zodanige stand gezet dat er luchtkrachten ontstaan die het hoogteroer helpen uitslaan waardoor de stuurkrachten voor de vlieger afnemen. Vandaar de naam aerodynamische trim.
Veertrim
Tegenwoordig wordt meestal gewerkt met een veertrim. Ook deze wordt bediend door een groene hendel. Anders dan bij het trimvlakje wordt met de veertrim een veer ingesteld die de stuurknuppel in een bepaalde stand houdt.
Afbeelding 8.5.3 Aerodynamische trim en veertrim
Rolroer
De rolroeren zijn de beweegbare stuurvlakken aan de buitenste achterlijst van beide vleugels. Deze zijn via een torsiebuis, stootstangen met geleiders, tuimelaars en de roeraansluitingen verbonden met de stuurknuppel in de cockpit. De zijwaartse beweging van de stuurknuppel veroorzaakt een asymmetrische uitslag van de rolroeren: het ene rolroer gaat omhoog, het andere omlaag. Ter voorkoming van het haakeffect (zie het vak ‘Beginselen van het Zweefvliegen’) wordt wel differentiaalbesturing toegepast waarbij het rolroer dat omhoog beweegt méér uitslaat dan het rolroer dat omlaag beweegt. Op deze wijze hebben beide vleugels ongeveer evenveel weerstand waardoor het haakeffect minder is. Zie afbeelding 8.5.4.
Afbeelding 8.5.4 Differentiaalbesturing bij rolroeren
Afbeelding 5-5 Stuurstang uitgevoerd als torsiebuis tbv rolroeren en hoogteroer (ASK-21)
Richtingsroer
Het richtingsroer is de beweegbare achterlijst van het kielvlak. Omdat het richtingsroer bij demontage niet wordt ontkoppeld is de verbinding ervan niet uitgevoerd met een snelkoppeling. Het richtingsroer wordt met behulp van twee kabels in de staartboom aangestuurd vanuit het voetenstuur in de cockpit. Ook al zijn de voetpedalen in de cockpit met elkaar doorverbonden, dan nog zal alleen het voetpedaal dat wordt ingedrukt aan de daaraan bevestigde kabel trekken waardoor het roer de betreffende kant uitslaat.
Voetenstuurverstelling
Bij veel zweefvliegtuigen zijn de voetpedalen verstelbaar in voor- en achterwaartse richting. Dat kan door simpelweg de plek waar de voetpedalen aansluiten op de kabels aan te passen of via een verstelmechanisme dat met een zwarte of grijze hendel wordt bediend. Let op dat na verstelling het mechanisme opnieuw wordt gelockt.
Lussen
Bij zweefvliegtuigen uit de A-categorie (aerobatics) zijn de voetpedalen uitgerust met lussen welke de voeten op de pedalen moeten houden bij bepaalde kunstvlieg manoeuvres.
Afbeelding 8.5-6 Voetenstuur incl. verstelmechanisme (ASK-21)
8.5.3 Secundaire stuurorganen
Nu volgt een beschrijving van de secundaire stuurorganen, te weten de remkleppen, de welvingskleppen en daaraan toegevoegd de starthaak.
Remkleppen
De remkleppen zijn de enkele of dubbele platen die boven en soms ook onder de vleugel uitsteken teneinde de luchtstroming te verstoren. Het verstoren gebeurt enerzijds door de lift ter plekke van de geopende kleppen te dumpen en anderzijds door de weerstand aldaar te verhogen. Formeel gesproken moeten dit dan verstoorders of spoilers worden genoemd; zuivere remkleppen verhogen alleen maar de weerstand zoals dat bijvoorbeeld bij een remparachute het geval is.
Ook de remkleppen zijn via stangen, geleiders, tuimelaars en snelkoppelingen doorverbonden met de blauwe remklephendel links in de cockpit.
Om te voorkomen dat tijdens de normale vlucht de kleppen door de onderdruk aan de bovenkant van de vleugel naar buiten worden ‘gezogen’, worden deze door een vergrendelingsmechanisme dicht gehouden. Dit mechanisme maakt gebruik van stangen welke ‘overstrekt’ (overcenter) zijn zolang de klephendel in de cockpit in de voorste stand staat. Vergelijk de overstrekte toestand zijn met het “op slot” staan van knie, elleboog of kaak. Wordt de klephendel naar achteren bewogen dan wordt eerst de overstrekte toestand beëindigd waarna de kleppen kunnen worden geopend. Zie figuur 8.5.5.
Afbeelding 8.5.7 Bediening remkleppen
Remparachute
Heel soms wordt als extra weerstandverhogend middel een remparachute toegepast. De remparachute kan zodoende zorgen voor een nog grotere daalhoek.
De remparachute zit opgeborgen in de staartboom en wordt bediend door een hendel met drie standen. In de vergrendelde stand houdt een veerbelaste haak het afdekplaatje met daarachter de opgeborgen parachute dicht. Door de hendel één stand naar achteren te bewegen wordt er via een kabel gedeeltelijk aan de veer getrokken zodat het afdekplaatje los komt te zitten en deze door de luchtstroming langs het vliegtuig naar achteren beweegt en de parachute mee naar buiten trekt. De parachute zal zich nu ontvouwen en zeer veel extra weerstad genereren. Om de snelheid constant te houden dient nu met een veel lagere neusstand te worden gevlogen waardoor de daalhoek fors toeneemt. Na de landing kan de hendel dan in de achterste stand worden bewogen waardoor nog verder aan de veer wordt getrokken en de parachute zich ontkoppelt van het vliegtuig.
Welvingskleppen (of flaps)
Prestatiezweefvliegtuigen zijn uitgerust met welvingskleppen. Dit zijn de scharnierende achterlijsten van de vleugel tussen romp en rolroeren. Ook deze worden via een stangenstelsel bediend welke via geleiders, tuimelaars en snelkoppelingen zijn doorverbonden met een zwarte hendel links in de cockpit. Deze hendel kan door uitsparingen in de zijwand van de cockpit in een aantal gemarkeerde standen worden gezet. Wat opvalt is dat, in tegenstelling tot in de grote luchtvaart, de welvingskleppen niet alleen naar beneden (positief) kunnen uitslaan maar tevens naar boven (negatief).
Flaperons
Bij sommige zweefvliegtuigen bewegen de welvinsgkleppen mee met de rolroeren. Dit worden flaperons genoemd, een acroniem van flaps (welvingskleppen) en ailerons (rolroeren). Op deze wijze kan het rolgedrag van het vliegtuig worden verbeterd bij gebruik van de welvingskleppen bij lage vliegsnelheden. Bij flaperons worden de welvingskleppen met de flaphendel in de gewenste stand gezet waarna via de stuurknuppel de welvingskleppen meebewegen met de rolroeren.
Kantelkleppen
Kantelkleppen zijn een combinatie van remkleppen en welvingskleppen. Vanaf een bepaalde positieve stand van de welvingskleppen kantelt de klep zodanig dat deze net als een remklep loodrecht op de luchtstroming komt te staan.
Starthaak
Tijdens de start worden zweefvliegtuigen via een kabel door een lier of sleepvliegtuig de lucht ingetrokken. Aan het uiteinde van de kabel bevindt zich een ring welke om een ontkoppelbare starthaak in het zweefvliegtuig wordt gelegd. Een zweefvliegtuig is altijd uitgerust met een zwaartepunthaak; een sleephaak is veelal een optie. De zwaartepunthaak die wordt gebruikt bij de lierstart bevindt zich aan de onderkant van de romp net iets onder en voor het zwaartepunt. De trekkracht van de lierkabel heeft dan tijdens een groot deel van de lierstart een werklijn dwars door het zwaartepunt hetgeen de bestuurbaarheid ten goede komt. Bij sommige zweefvliegtuigen kan ook aan de zwaartepunthaak worden gesleept maar dat levert een minder stabiele combinatie omdat de werklijn van de trekkracht van de sleepkabel zich dan onder het zwaartepunt bevindt, waardoor het vliegtuig steeds met de neus omhoog wil. Omwille van een meer stabiele situatie wordt dan vaak gekozen voor een speciale sleephaak in of nabij de neus. De werklijn van de trekkracht van de sleepkabel loopt dan zo goed als door het zwaartepunt en bovendien zal er bij een verstoring van de positie achter het sleepvliegtuig een herstellend moment optreden welke het zweefvliegtuig weer terug achter het sleepvliegtuig brengt.
Beide haken worden gelijktijdig via een kabel door de gele knop links in de cockpit bediend. Een veer, in combinatie met een overstrekte hefboom, houdt de haak gesloten totdat aan de gele knop wordt getrokken. Rondom beide haken is een steunring bevestigd welke beschadigingen aan de romp moeten voorkomen bij een te veel zijwaartse gerichte trekkracht. De steunring rondom de zwaartepunthaak is kantelbaar in achterwaartse richting. Indien het ontkoppelmechanisme weigert, dan zal zodra de kabelkracht naar achteren is gericht deze de steunring naar achteren laten kantelen waardoor de haak vrij komt te liggen en de kabel er vanzelf afschiet.
Afbeelding 8.5.8 Tosthaak
Opmerking
Zeer oude zweefvliegtuigen gebruiken een afwijkend type starthaak.
Controlemogelijkheden bij de dagelijkse inspectie zijn de conditie, werking, bevestiging en borging van:
- bedieningsorganen zoals stuurknuppel, voetpedalen inclusief verstelmechanisme, trimhendel, remklephendel inclusief vergrendeling, flaphendel en ontkoppelhendel;
- stootstangen inclusief tuimelaars, kabels inclusief katrollen;
- roeren inclusief scharnieren en aansluitingen;
- starthaak inclusief (kantelbare) steunring;
- remparachute: aanwezigheid, conditie.
