Samenvatting 3ENG Sterkteleer
Vliegtuigconstructies
3ENG - Vliegtuigconstructies HC1
GESCHIEDENIS VAN VLIEGTUIGCONSTRUCTIES
De eerste ideeën
- Daedalus en Icarus
- 1500 Leonardo Da Vinci (400 schetsen)
- 1752 Benjamin Franklin, eerste wetenschappelijke testen waarbij luchtvaart gebruikt werd
De eerste pogingen
- Sir george caley erste persoon die de vier krachten op een luchtvaarttuig wist te identificeren
- 1890 Clement Ader - Toestel had stoommotor als aandrijving en geen enkele vorm van besturing
- Otto Lilienthal - 1891 - 1896: Succesvolle zweefvluchten met diverse toestellen (max. 200m)
Eerste vluchten?
- Velen beweren gevlogen te hebben
- Veelal betreft het korte, ongecontroleerde zweefvluchten
Orville en Wilbur Wright
- 1900 Eerste testen met aasvliegen uitgevoerd zweefvliegtuig
- 1902 Succesvolle zweefvluchten onder volledige controle
- 1903 Eerste volledig gecontroleerde motorvlucht is een feit
- 1904 Wrights vliegen met Flyer II complete cirkels
- Aeroclub in Frankrijk weigert te geloven dat “Aviation, born in France, only became succesful
thanks to the Americans”
- 1905 Flyer III maakt vlucht van 38 minuten
- Eerste ooggetuige verslag van vluchten van Wrights wordt gepubliceerd
- 1906 Langzaam beginnen de claims van de Wrights geaccepteerd te worden, selecte groep
houdt echter vol aan ongeloof
- Oktober 1906: Alberto Santos-Dumont voert eerste succesvolle vlucht in Europa uit
- 1907 Steeds meer succesvolle vluchten: Robert Esnault-Pelterie, Eerste toestel met
‘stuurknuppel’
- 1908 Wilbur Wright overtuigt de fransen door in Frankrijk te vliegen
Vervolg
- Eerste kanaalvlucht door Louise Bleriot
- Eerste vliegveld ter wereld opent bij Parijs (Port-Aviation)
- Wrights richten vliegschool op
- Farman gaat vliegtuigen ontwerpen en produceren
- Gnome rotatiemotor wordt uitgevonden
- 1910 en verder: Luchtvaart alom geaccepteerd, regelmatig luchtfeesten en wedstrijden
- Luchtvaart geboren, maar moet nog groeien
Constructies door de eeuw heen
- Eerste toestellen maakten vooral gebruik van grote
vakwerkconstructies
- Meerdere liggers met staafverbindingen, kan veel momenten
opvangen.
- Nadeel is dat er zijwaarts niet zwaar belast kan worden >
Constructie wordt labiel
,- Een of twee vleugels?
- 1912 alle Bleriots aan de grond
- Franse leger besluit dat alle Bleriot monoplanes niet meer mogen vliegeb
- Dit gebeurt nadat bij enkele modellen de vleugels mid-
flight bezweken
Intussen: de romp
- In navolging van de vleugelconstructie wordt de romp ook
als een vakwerkconstructie gebouwd
- Al snel wordt duidelijk dat het voordeliger is om de romp te
bekleden.
- Andere vroege uitvinding: de monocoque constructie
- Schaalconstructie waarbij de huid ook (deels) dragend is
(stressed skin)
Kenmerken eerste jaren
- Dunne vleugels, verbanning nodig om sterkte te creeren
- Pas langzaam ontstaat de romp als verbindingsdeel tussen
vleugels en motor
- Basismaterialen: hout, linnen, staaldraad
Vleugelprofielen
- Ludwig Prandtl was pioneer in dikke vleugelprofielen,
erkende als eerst dat (vooral bij lage snelheden) dikke
vleugels gunstiger zijn
- Eerste vleugelprofielen waren gebaseerd op vogelvleugels
en dus dun, externe verbanning nodig
- Rond WWI ontstaan ook dikkere profielen waardoor meer ruimte kwam voor liggers en ribben
- Langzaam werden zo stappen gezet richting een vrijrakende (zonder externe verspanning)
vleugel.
WWI
- Luchtvaartafdelingen groeien aan weerszijden front erg snel
- Men leert dat vliegtuig ook een wapen kan zijn
- Hierdoor ontstaan verschillende rollen
- Jager
- Scout
- Bommenwerper
- Standaardmodel (alweer) dubbeldekker, houten frame met linnen bekleed
- Vooral jagers zijn als dubbeldekker door de kleine spanwijdte erg wendbaar
- Uiteindelijk komt ook de eendekker weer boven water bij Fokker
- Ondanks slechte naam eendekkers presteert het toestel goed
- Junkers bouwt eerste geheel metalen luchtwaardige vliegtuig. De J1
- mede mogelijk gemaakt doordat vleugels een dikker profiel hebben dan voor WW1.
- Tevens ontdekt Junkers dat aluminium legeringen te prefereren zijn boven staal
- Kenmerken
- Huid van romp en vleugels heeft geen dragende rol
- Krachten in vleugels gedragen door ribben en liggers
- Rompvorm nog erg vierkant
- Verspannen houten vakwerkconstructie vormt basis voor romp
1920 - 1930
- Vooral civiele luchtvaart groeit ineens in grote sprongen
- Junkers past in 1919 al zijn met de J1 opgedane ervaringen toe in de F13
- Intussen wordt ervoor de roepconstructie steeds vaker gebruik gemaakt van staalbuisframe
- In de civiele sector domineert lange tijde de F serie van Fokker
,- Kenmerken van Fokkers
- Vrijdragende houten vleugel
- Met linnen beklede staalbuisromp
- Het Fokker model wordt in Amerika in licentie gebouwd
- Dit eindigt in een aantal ongelukken waarbij de geheel houten vleugellam boosdoener
beschouwd worden
- Intussen heeft Ford op hetzelfde ontwerp een metalen tri-motorig vliegtuig ontwikkeld
- Kenmerken
- Hout, staalbuis en linnen zijn nog in overvloed aanwezig
- Er wordt steeds meer gevarieerd met bijvoorbeeld aluminium
- Die vierkante romp domineert nog maar heeft zijn beste tijd gehad
1930 - 1940
- Laatste pogingen Fokker om de markt in handen te houden
- Aerodynamische vorm wordt bereikt door metalen vlakken om staalconstructie heen
- Northrop Alpha en Gamma
- Nieuwe kenmerken
- Aluminium schaalconstructie
- Met deze toestellen zijn in een klap de Trimotors en Fokkers antiek geworden
- In 1934 eindigt DC-2 als tweede voor een Boeing 348, indicatie voor wat komen gaat
- Intussen op motorvlak vooruitgang geboekt dankzij Schneider Trophy Races
- In nationaal belang worden hier motoren ontwikkeld door Rolls-Royce
- In 1938 twee belangrijke vliegtuigen
- Focker Wulf
- Boeing 307 stratoliner
- Turbocharged motoren
- Drukcabine
- Voorloper van moderne verkeersvliegerij, maar eerst kwam WO II
- Kenmerken jaren 30
- Aluminium schaalconstructie
- Vrijdragende enkele vleugel
- Grotere aerodynamische efficiëntie door toepassing van intrekbaar landingsgestel
1940 - 1945
- Eerste composieten constructie in een vliegtuig;De Havilland Mosquito
- Balsa hout sandwich constructie in de romp
- Fiberglas radome
Fokker comeback
- 1955 - 1986 fokker 27
- 1986 - 1997 Fokker 50/60
- Metaallijmen Fokker; gelijmde constructie kan een hogere belasting hebben dan geklonken en
gefreesde constructie
- Lichtere en dunner gebouwde vleugels
2000 - Laatste ontwikkelingen Airbus
- A350 XWB meer dan 50% composiet materiaal
- April 2005 eerste testvlucht A380
- Gebruik GLARE zorgt voor minder verbindingen en gewichtsreductie van 20% t.o.v AL
- Bestand tegen vermoeiing
- Eerste vlucht B787 in december 2009
- Meer dan 50% composieten constructie
1945 - Heden
, - Ontwikkeling van turbine motoren leidde tot vluchten op hogere hoogte en noodzaak tot
drukcabine
- Metaalmoeheid door drukverhoging en verlaging tijdens vlucht vraagt om versterking semi-
monocoque constructie
- Hogere (supersonische) snelheid vraagt om dunnere vleugelconstructie terwijl de belasting
omhoog gaat
- Meer gebruik van lichtere materiaal als GLARE en composieten
- Minder verbindingen door gebruik van integrale freesden en composieten
3ENG - Vliegtuigconstructies HC2
Vliegtuigstructuur
- Doel: opnemen en verdelen verschillende belastingen op een vliegtuig. Tevens bieden van
accommodatie aan crew, pax, vracht en voor vlucht benodigde stoffen en systemen
- Ruwe verdeling: romp, vleugels, onderstel, motoren, staart
Romp
- Onderverdeeld in secties
Wing
- Wingstations: vanaf centerline romp. Afhankelijk van
toestel ook nacelle of winglets
Belastingen op een vliegtuig
- Tension
- Compression
- Torsional
- Shear
- Bending
- Tension on outside
- Compression on inside
- Shear along imaginary line Wing & fuselage
stations
Loading & deformation wing and fuselage in horizontal flight
Drukcabine
Vliegtuigconstructies
3ENG - Vliegtuigconstructies HC1
GESCHIEDENIS VAN VLIEGTUIGCONSTRUCTIES
De eerste ideeën
- Daedalus en Icarus
- 1500 Leonardo Da Vinci (400 schetsen)
- 1752 Benjamin Franklin, eerste wetenschappelijke testen waarbij luchtvaart gebruikt werd
De eerste pogingen
- Sir george caley erste persoon die de vier krachten op een luchtvaarttuig wist te identificeren
- 1890 Clement Ader - Toestel had stoommotor als aandrijving en geen enkele vorm van besturing
- Otto Lilienthal - 1891 - 1896: Succesvolle zweefvluchten met diverse toestellen (max. 200m)
Eerste vluchten?
- Velen beweren gevlogen te hebben
- Veelal betreft het korte, ongecontroleerde zweefvluchten
Orville en Wilbur Wright
- 1900 Eerste testen met aasvliegen uitgevoerd zweefvliegtuig
- 1902 Succesvolle zweefvluchten onder volledige controle
- 1903 Eerste volledig gecontroleerde motorvlucht is een feit
- 1904 Wrights vliegen met Flyer II complete cirkels
- Aeroclub in Frankrijk weigert te geloven dat “Aviation, born in France, only became succesful
thanks to the Americans”
- 1905 Flyer III maakt vlucht van 38 minuten
- Eerste ooggetuige verslag van vluchten van Wrights wordt gepubliceerd
- 1906 Langzaam beginnen de claims van de Wrights geaccepteerd te worden, selecte groep
houdt echter vol aan ongeloof
- Oktober 1906: Alberto Santos-Dumont voert eerste succesvolle vlucht in Europa uit
- 1907 Steeds meer succesvolle vluchten: Robert Esnault-Pelterie, Eerste toestel met
‘stuurknuppel’
- 1908 Wilbur Wright overtuigt de fransen door in Frankrijk te vliegen
Vervolg
- Eerste kanaalvlucht door Louise Bleriot
- Eerste vliegveld ter wereld opent bij Parijs (Port-Aviation)
- Wrights richten vliegschool op
- Farman gaat vliegtuigen ontwerpen en produceren
- Gnome rotatiemotor wordt uitgevonden
- 1910 en verder: Luchtvaart alom geaccepteerd, regelmatig luchtfeesten en wedstrijden
- Luchtvaart geboren, maar moet nog groeien
Constructies door de eeuw heen
- Eerste toestellen maakten vooral gebruik van grote
vakwerkconstructies
- Meerdere liggers met staafverbindingen, kan veel momenten
opvangen.
- Nadeel is dat er zijwaarts niet zwaar belast kan worden >
Constructie wordt labiel
,- Een of twee vleugels?
- 1912 alle Bleriots aan de grond
- Franse leger besluit dat alle Bleriot monoplanes niet meer mogen vliegeb
- Dit gebeurt nadat bij enkele modellen de vleugels mid-
flight bezweken
Intussen: de romp
- In navolging van de vleugelconstructie wordt de romp ook
als een vakwerkconstructie gebouwd
- Al snel wordt duidelijk dat het voordeliger is om de romp te
bekleden.
- Andere vroege uitvinding: de monocoque constructie
- Schaalconstructie waarbij de huid ook (deels) dragend is
(stressed skin)
Kenmerken eerste jaren
- Dunne vleugels, verbanning nodig om sterkte te creeren
- Pas langzaam ontstaat de romp als verbindingsdeel tussen
vleugels en motor
- Basismaterialen: hout, linnen, staaldraad
Vleugelprofielen
- Ludwig Prandtl was pioneer in dikke vleugelprofielen,
erkende als eerst dat (vooral bij lage snelheden) dikke
vleugels gunstiger zijn
- Eerste vleugelprofielen waren gebaseerd op vogelvleugels
en dus dun, externe verbanning nodig
- Rond WWI ontstaan ook dikkere profielen waardoor meer ruimte kwam voor liggers en ribben
- Langzaam werden zo stappen gezet richting een vrijrakende (zonder externe verspanning)
vleugel.
WWI
- Luchtvaartafdelingen groeien aan weerszijden front erg snel
- Men leert dat vliegtuig ook een wapen kan zijn
- Hierdoor ontstaan verschillende rollen
- Jager
- Scout
- Bommenwerper
- Standaardmodel (alweer) dubbeldekker, houten frame met linnen bekleed
- Vooral jagers zijn als dubbeldekker door de kleine spanwijdte erg wendbaar
- Uiteindelijk komt ook de eendekker weer boven water bij Fokker
- Ondanks slechte naam eendekkers presteert het toestel goed
- Junkers bouwt eerste geheel metalen luchtwaardige vliegtuig. De J1
- mede mogelijk gemaakt doordat vleugels een dikker profiel hebben dan voor WW1.
- Tevens ontdekt Junkers dat aluminium legeringen te prefereren zijn boven staal
- Kenmerken
- Huid van romp en vleugels heeft geen dragende rol
- Krachten in vleugels gedragen door ribben en liggers
- Rompvorm nog erg vierkant
- Verspannen houten vakwerkconstructie vormt basis voor romp
1920 - 1930
- Vooral civiele luchtvaart groeit ineens in grote sprongen
- Junkers past in 1919 al zijn met de J1 opgedane ervaringen toe in de F13
- Intussen wordt ervoor de roepconstructie steeds vaker gebruik gemaakt van staalbuisframe
- In de civiele sector domineert lange tijde de F serie van Fokker
,- Kenmerken van Fokkers
- Vrijdragende houten vleugel
- Met linnen beklede staalbuisromp
- Het Fokker model wordt in Amerika in licentie gebouwd
- Dit eindigt in een aantal ongelukken waarbij de geheel houten vleugellam boosdoener
beschouwd worden
- Intussen heeft Ford op hetzelfde ontwerp een metalen tri-motorig vliegtuig ontwikkeld
- Kenmerken
- Hout, staalbuis en linnen zijn nog in overvloed aanwezig
- Er wordt steeds meer gevarieerd met bijvoorbeeld aluminium
- Die vierkante romp domineert nog maar heeft zijn beste tijd gehad
1930 - 1940
- Laatste pogingen Fokker om de markt in handen te houden
- Aerodynamische vorm wordt bereikt door metalen vlakken om staalconstructie heen
- Northrop Alpha en Gamma
- Nieuwe kenmerken
- Aluminium schaalconstructie
- Met deze toestellen zijn in een klap de Trimotors en Fokkers antiek geworden
- In 1934 eindigt DC-2 als tweede voor een Boeing 348, indicatie voor wat komen gaat
- Intussen op motorvlak vooruitgang geboekt dankzij Schneider Trophy Races
- In nationaal belang worden hier motoren ontwikkeld door Rolls-Royce
- In 1938 twee belangrijke vliegtuigen
- Focker Wulf
- Boeing 307 stratoliner
- Turbocharged motoren
- Drukcabine
- Voorloper van moderne verkeersvliegerij, maar eerst kwam WO II
- Kenmerken jaren 30
- Aluminium schaalconstructie
- Vrijdragende enkele vleugel
- Grotere aerodynamische efficiëntie door toepassing van intrekbaar landingsgestel
1940 - 1945
- Eerste composieten constructie in een vliegtuig;De Havilland Mosquito
- Balsa hout sandwich constructie in de romp
- Fiberglas radome
Fokker comeback
- 1955 - 1986 fokker 27
- 1986 - 1997 Fokker 50/60
- Metaallijmen Fokker; gelijmde constructie kan een hogere belasting hebben dan geklonken en
gefreesde constructie
- Lichtere en dunner gebouwde vleugels
2000 - Laatste ontwikkelingen Airbus
- A350 XWB meer dan 50% composiet materiaal
- April 2005 eerste testvlucht A380
- Gebruik GLARE zorgt voor minder verbindingen en gewichtsreductie van 20% t.o.v AL
- Bestand tegen vermoeiing
- Eerste vlucht B787 in december 2009
- Meer dan 50% composieten constructie
1945 - Heden
, - Ontwikkeling van turbine motoren leidde tot vluchten op hogere hoogte en noodzaak tot
drukcabine
- Metaalmoeheid door drukverhoging en verlaging tijdens vlucht vraagt om versterking semi-
monocoque constructie
- Hogere (supersonische) snelheid vraagt om dunnere vleugelconstructie terwijl de belasting
omhoog gaat
- Meer gebruik van lichtere materiaal als GLARE en composieten
- Minder verbindingen door gebruik van integrale freesden en composieten
3ENG - Vliegtuigconstructies HC2
Vliegtuigstructuur
- Doel: opnemen en verdelen verschillende belastingen op een vliegtuig. Tevens bieden van
accommodatie aan crew, pax, vracht en voor vlucht benodigde stoffen en systemen
- Ruwe verdeling: romp, vleugels, onderstel, motoren, staart
Romp
- Onderverdeeld in secties
Wing
- Wingstations: vanaf centerline romp. Afhankelijk van
toestel ook nacelle of winglets
Belastingen op een vliegtuig
- Tension
- Compression
- Torsional
- Shear
- Bending
- Tension on outside
- Compression on inside
- Shear along imaginary line Wing & fuselage
stations
Loading & deformation wing and fuselage in horizontal flight
Drukcabine
