Luchtvaart is slechts mogelijk dankzij de atmosfeer die zich rond de aarde bevindt.
De prestaties van een vliegtuig zijn dan ook in sterke mate afhankelijk van de eigenschappen van de atmosfeer. De wisselende omstandigheden van de atmosfeer hebben een grote invloed op het vliegen. Deze wisselende omstandigheden worden veroorzaakt door temperatuurverandering, luchtdrukverschillen en luchtvochtigheid. Wind bepaalt de grootte van de draagkracht en weerstand van het vliegtuig en wind beïnvloedt de snelheidsmeting van het vliegtuig.
IJsafzetting beïnvloedt de motorprestaties en de vliegeigenschappen van het vliegtuig.
Samenstelling van de lucht
Afhankelijk van de samenstelling van lucht wordt de atmosfeer verdeeld in de homosfeer en de heterosfeer.
Homosfeer
De homosfeer strekt zich uit tot een hoogte van ongeveer 90 km.
Het kenmerk van de homosfeer is, dat de samenstelling vrijwel constant is.
De lucht in de homosfeer bestaat voor ongeveer 78% uit stikstof, 21% zuurstof en 1% restgassen. Deze restgassen zijn onder andere de edelgassen, kooldioxide, waterdamp en ozon.
Ondanks de geringe hoeveelheden van deze restgassen zijn ze toch van belang voor de luchtvaart.
Kooldioxide en waterdamp belemmeren de uitstraling van warmte vanaf de aarde (broeikaseffect).
Ozon absorbeert een deel van schadelijke zonnestraling. Voor de luchtvaart heeft ozon schadelijke gevolgen vanwege de giftigheid van dit gas. Bovendien heeft ozon een sterk corroderende werking op metalen, en rubber wordt snel door ozon aangetast.
Heterosfeer
In de heterosfeer is de samenstelling van de lucht niet meer constant. In dit hoofdstuk wordt echter alleen de homosfeer besproken, omdat boven de homosfeer geen vliegverkeer meer is.
Indeling naar temperatuurverloop
Het gemiddelde temperatuurverloop is bij toenemende hoogte goed bekend, onder meer door waarnemingen met behulp van ballonnen en satellieten.
Het temperatuurverloop is bij toenemende hoogte afhankelijk van de plaats op aarde, het seizoen en het uur van de dag. In de grafiek is het gemiddelde temperatuurverloop met de hoogte aangegeven in de homosfeer. Uit de grafiek van het temperatuurverloop ziet men dat de homosfeer verdeeld wordt in een:
Troposfeer:
In deze laag spelen de weerverschijnselen zich af. De atmosfeer laat een deel van het binnenkomend zonlicht door, dat vervolgens door de grond wordt geabsorbeerd. Die warmt daardoor op en draagt een deel van zijn warmte af aan de onderste luchtlagen. De atmosfeer wordt dus van onderaf opgewarmd. Deze opgewarmde lucht zet uit en stijgt op. De druk neemt met toenemende hoogte af, zodat de luchtmassa tijdens het opstijgen voortdurend moet uitzetten. Daarbij wordt aangrenzende lucht opzij gedrukt en dit kost arbeid die ten koste moet gaan van de bewegingsenergie van de moleculen in de opstijgende lucht.
De stijgende lucht koelt dus af. Dit gebied waarin de temperatuur afneemt met toenemende hoogte wordt de troposfeer genoemd. In de troposfeer neemt de temperatuur af tot ongeveer
-55°C.
Stratosfeer:
In de stratosfeer is de temperatuur eerst vrijwel constant met toenemende hoogte.
Deze contante temperatuur ligt tussen -50°C en -60°C in en sterkt zich uit tot een hoogte van 10 tot 20 km.
Verder in de stratosfeer neemt de temperatuur weer toe naarmate de hoogte toeneemt tot een maximale waarde van ongeveer 0°C.
Deze toename van de temperatuur boven de 20 km is het gevolg van absorptie van ultraviolette straling, hetgeen gepaard gaat met de vorming van ozon.
Deze ozonlaag sterkt zich uit tot een hoogte van 20 tot 50 km. De laag is zeer belangrijk voor de verschillende vormen van leven op aarde.
Mesosfeer:
In de mesosfeer neemt temperatuur weer af tot een minimale waarde van -90°C op een hoogte van circa 90 km.
Voor de huidige luchtvaart zijn echter alleen de troposfeer en de onderste laag van de stratosfeer van belang.
Drukverloop met hoogte
Een gas heeft de eigenschap een zo groot mogelijk volume te willen innemen. Bij afwezigheid van de zwaartekracht zou de aardse dampkring dan ook spoedig in de ruimte verdwenen zijn.
De druk die we in de atmosfeer meten wordt veroorzaakt door de kolom lucht die boven het meetpunt staat.
Men noemt deze absolute druk de statische druk (ps)
Deze absolute druk wordt gemeten met een barometer. Aan de bodem, dus op het aardoppervlak, is deze druk het hoogst.
De druk wordt echter niet alleen bepaald door de kolom lucht die boven het meetpunt staat. Ook de samendrukbaarheid van de lucht speelt een rol.
Daar lucht samendrukbaar is zal bij toenemende hoogte de lucht minder worden samengedrukt. Daardoor zal bij toenemende hoogte de druk extra afnemen.
Verder speelt ook de zwaartekracht een rol; hoe verder men van het aardoppervlak verwijderd raakt des te minder zal de aantrekkingskracht van de aarde zijn, daardoor zal bij toenemende hoogte ook de druk afnemen. Door de invloed van de samendrukbaarheid en de zwaartekracht zal de afname van de druk met de hoogte niet evenredig verlopen zoals in een vloeistof, maar zal bij toenemende hoogte sterker afnemen doordat de lucht minder samengedrukt wordt en de zwaartekracht minder wordt.
Drukeenheden:
In de luchtvaart gebruikt men verschillende drukeenheden voor de atmosfeer.
De standaardeenheid is de Pascal (Pa)
1 Pa = 1N/m
andere voorkomende drukeenheden die men voor de atmosfeer gebruikt zijn:
cm kwik inch kwik
mbar hPa
Tropsfeer:
Daar lucht samendrukbaar is, zal bij toenemende hoogte de lucht minder worden samengedrukt. Dat betekent minder moleculen per volume-eenheid, zodat de dichtheid bij toenemende hoogte minder wordt.
Bij toenemende hoogte in de troposfeer neemt de temperatuur af. De moleculen gaan daardoor langzamer bewegen en hebben daardoor minder ruimte nodig. Het aantal moleculen per volume-eenheid neemt daardoor toe. De dichtheid zal daardoor toenemen.
De afname van de luchtdichtheid tengevolge van de drukdaling is echter groter dan de toename van de luchtdichtheid ten gevolge van de temperatuurdaling.
Hieruit volgt, dat de luchtdichtheid afneemt bij toenemende hoogte.
Stratosfeer:
In het eerste deel van de stratosfeer blijft de temperatuur constant, zodat daar alleen de dichtheid verandert door de samendrukbaarheid. Dit betekent dat in de stratosfeer de dichtheid sterker afneemt bij toenemende hoogte.
Dichtheidsbepaling:
De druk en de temperatuur van de lucht zijn met eenvoudige instrumenten te meten. De luchtdichtheid kan men moeilijk meten. Als de temperatuur en de druk bekend zijn, kan men de dichtheid berekenen bij die bepaalde temperatuur en druk.
Waterdamp in de atmosfeer:
Behalve de hiervoor vermelde gassen is veelal een hoeveelheid water in de atmosfeer aanwezig, die voorkomt in dampkering-, vloeibare- en vaste toestand
(wolken, mist, neerslag, ijs).
De hoeveelheid aanwezige waterdamp is afhankelijk van de plaats op aarde en neemt af met toenemende hoogte. De hoogste vochtigheid wordt in het algemeen in de buurt van de evenaar aangetroffen.
Op een hoogte van 10 km komt vrijwel geen water meer voor. Water is betrekkelijk schaars in de atmosfeer. Slechts 0,25% van de totale atmosferische massa bestaat uit water. Wanneer alle waterdamp zou condenseren dan zou dit resulteren in een extra waterlaagje van 2 cm over de gehele aarde. Aangezien de neerslag gemiddeld over hele aarde ongeveer 100 cm per jaar bedraagt, moet de totale dampvoorraad van de atmosfeer dus 50x per jaar ververst worden.
Wanneer er veel waterdamp in de lucht aanwezig is, heeft dat invloed op de dichtheid van de atmosferische lucht. Wanneer namelijk waterdamp in een bepaalde hoeveelheid lucht aanwezig is, worden de massadeeltjes lucht vervangen door massadeeltjes waterdamp.
Daar de dichtheid van waterdamp kleiner is dan die van lucht, wordt de dichtheid van de gemengde luchthoeveelheid minder.
Geluidssnelheid:
De snelheid van het geluid speelt een belangrijke rol in de luchtvaart voor vliegtuigen die bijna net zo snel gaan als of zelfs sneller gaan dan het geluid.
Wanneer de vliegsnelheid de geluidssnelheid nadert, heeft dat namelijk grote invloed op het stromingsgedrag rondom het vliegtuig.
De snelheid van het geluid in lucht is alleen afhankelijk van de temperatuur.
Voor de geluidssnelheid in lucht geldt:
Daar in de troposfeer de temperatuur afneemt met toenemende hoogte zal ook de geluidssnelheid afnemen.
In het eerste deel van de stratosfeer blijft de temperatuur constant, zodat daar de geluidssnelheid ook gelijk blijft.
Bij verdere stijging in de stratosfeer neemt de temperatuur weer toe en daarmee ook de geluidssnelheid.
De internationale standaardatmosfeer:
De toestand van de atmosfeer (temperatuur, druk, dichtheid, vochtigheid) vertoont grote verschillen met de hoogte, met de plaats op aarde en met de tijd.
Voor het uitvoeren van berekeningen aan vliegtuigen wordt daarom gebruik gemaakt van de Internationale Standaardatmosfeer, waarin de toestand van de atmosfeer op elke hoogte is vastgesteld.
Deze rekenatmosfeer, die in wezen niets anders is dan een lijst van hoogtes met de daarbij behorende temperaturen en drukken, heet standaardatmosfeer.
Bij de opstelling van de standaardatmosfeer is uitgegaan van bepaalde luchtdruk op zeeniveau en een bepaald verloop van de temperatuur in verhouding tot de hoogte. Opdat de standaardatmosfeer zo goed mogelijk overeenkomt met de gemiddelde werkelijke atmosfeer worden daarbij de druk op zeeniveau en het temperatuurverloop met de hoogte gekozen in overeenstemming met de gemiddeld over het jaar heersende waarden.
In de standaardatmosfeer gaat men uit van een temperatuur op zeeniveau van 15°C en tot een hoogte van circa 10 km gaat men uit van een gelijkblijvende temperatuurafname van 0,65°C per 100 m hoogtetoeneming.
Luchtbewegingen en ijsafzetting:
Ongunstige weeromstandigheden zoals mist kunnen bijvoorbeeld de landing op de luchthaven van bestemming beletten, terwijl de heersende wind zowel de vliegtijd als de benodigde hoeveelheid brandstof beïnvloedt. IJsvorming op de vleugel kan er zelfs voor zorgen dat een vliegtuig zijn draagkracht verliest en neerstort.
Wind
Zoals water van hoge naar lage punten stroomt, zo zal lucht van hoge naar lage druk stromen. Deze verplaatsing van lucht noemt men wind.
De start en landing geschieden altijd zoveel mogelijk tegen de wind in. Daar de wind de snelheid van het vliegtuig ten opzichte van de lucht vergroot, zal de lengte van start en landing afnemen naarmate de tegenwind sterker is.
Straalstromen (jet streams)
Op grote hoogte heeft de luchtverplaatsing door drukverschil geen last meer van de wrijving met het aardoppervlak, zodat daar de windsnelheden groter zijn dan in de buurt van het aardoppervlak. De wind bereikt een maximale snelheid aan de top van de troposfeer op een hoogte van 9 a 10 km. Het waait echter niet boven het gehele aardoppervlak zo hard op die hoogte. De hoge windsnelheid is geconcentreerd in twee nauwe zones tussen 55° en 65° noorder- en zuiderbreedte. Dit hangt samen met een grote temperatuurverandering op die breedten. De zone met de hoge windsnelheden wordt de straalstroom genoemd. De snelheden kunnen daarin oplopen tot wel 400 km/h.
Thermiek
Zweefvliegtuigen maken gebruik van stijgwinden. Deze stijgwinden treden onder andere op in de vorm van thermiek, waarbij een opwaartse luchtstroom ontstaat door plaatselijke verschillen in de verwarming van de lucht, afhankelijk van de bodemgesteldheid. Het zweefvliegtuig stijgt al cirkelend in het thermiekgebied naar grotere hoogte en maakt dan een oversteek tot een volgend thermiekgebied wordt ontmoet. Op deze wijze kan het zweefvliegtuig onder gunstige omstandigheden een grote afstand afleggen.
IJsafzetting:
Bij afkoeling van vochtige lucht beneden een zekere temperatuur zal condensatie optreden, waardoor er waterwolken of mist ontstaat. De aanwezige verontreiniging in de lucht fungeert daarbij als condensatiekernen.
Door onderkoeling van waterdruppels is het mogelijk dat waterwolken die bij een temperatuur van boven de 0°C ontstaan, bij langzame afkoeling in onderkoelde toestand geraken. Bij temperaturen van 10 tot -15°C komen in wolken nog aanzienlijk hoeveelheden waterdruppels voor. Wanneer deze onderkoelde druppels in aanraking komen met een vast voorwerp bevriezen deze, zodat er ijsafzetting op vliegtuigen ontstaat.
Soorten ijafzetting:
Rijp
Rijp is ijsafzetting op voorwerpen. Dit gebeurt als de temperatuur van de lucht beneden het vriespunt daalt en de waterdamp rechtstreeks sublimeert op voorwerp. Het is een witte donslaag van ijs over het gehele vliegtuig, vooral aan de bovenzijde. Bij het ontstaan van rijp op de vleugelvoorkant kan het vleugelprofiel (dwarsdoorsnede van de vleugel) zodanig veranderen, dat de luchtstroom om de vleugel begint los te laten.
Ruige rijp
Ruige rijp is een opaalkleurig, melkachtig, minder hard ijstype. Het lijkt bevroren sneeuw. Dit ijs vormt zich vooral op de vleugelvoorranden.
Het vormt zich als de vliegtuighuid beneden de 0°C is en de onderkoelde waterdruppels klein zijn.
IJzel
Wanneer onderkoelde waterdruppels een vast voorwerp raken waarvan de temperatuur beneden het vriespunt ligt, gaan deze waterdruppels over in ijs. Dit verschijnsel noemt men ijzel. IJzel kenmerkt zich in een helder, doorzichtig hard type ijs, dat zich ongelijkmatig uitspreidt. In de lucht kan zich ijzel vormen op vliegtuigen wanneer deze door wolken vliegen waarin zich onderkoelde waterdruppels bevinden. Deze ijzel verdeelt zich over het gehele vliegtuig, want de grotere druppels vloeien niet uit omdat ze bevriezen. Naast de snelle gewichtstoename bestaat er ook nog gevaar voor het blokkeren van de stuurorganen. Propellers, staartvlakken, tankontluchtingen en beluchtingen, luchtaanzuigopeningen, pitotbuis, antennes en natuurlijk de vooruit vertonen dan ijsafzetting.
IJsvorming op de pitot-statische buis zal tot gevolg hebben dat alle pitot-statische instrument onbetrouwbaar worden.
Gevaren van ijsafzetting:
Vleugelijs
Dit geeft een profielvormverandering en een gewichtsvermeerdering, ook de roeren kunnen vast gaan zitten.
Propellerijs
Dit geeft profielvormverandering van de propeller, daardoor zal de trekkracht veranderen.
Antenneijs
Hierdoor kan de antenne afbreken.
Pitotijs
Hierbij kan de pitotbuis gaan dichtzitten, waardoor de erop aangesloten instrumenten niet meer aanwijzen of onjuist aanwijzen.
Carburateurijs
Door het venturi-effect en het verdampen van de brandstof bij de smoorklep zal de temperatuur onder het vriespunt dalen, waardoor de aanwezige waterdamp in ijs zal veranderen. Hierdoor zal de diameter van de luchtinlaat kleiner worden.
Met behulp van deze stromingswetten kan men onder andere verklaren: -hoe draagkracht bij een vliegtuigvleugel ontstaat -hoe men de vliegsnelheid bepaalt -waarom de vorm van de luchtinlaat van een straalmotor divergerend is -hoe de trekkracht bij een propeller onstaat
Lage en hoge snelheden
Sinds de ontwikkeling van vliegtuigen, die snelheden kunnen bereiken groter dan de snelheid van het geluid, moet onderscheid gemaakt worden tussen lage en hoge snelheden. Hoge snelheden worden aangegeven met het getal van Mach. Het getal van Mach is genoemd naar Oostenrijkse professor van de 19e eeuw Ernst Mach. Het getal van Mach geeft geen snelheid aan, maar de verhouding tussen twee snelheden. Het getal van Mach geeft de verhouding aan tussen de werkelijke vliegsnelheden en de plaatselijke geluidsnelheid. Daar vliegtuigen op verschillende hoogtes vliegen, moet men van de plaatselijke geluidssnelheid spreken, doordat de geluidssnelheid afhankelijk is van de temperatuur.
In formulevorm:
Vwerkelijk M= --------------------- Vgeluid
Vwerkelijk = werkelijke vliegsnelheid (m/s) Vgeluid = plaatselijke geluidssnelheid (m/s) M = getal van Mach (-)
Wanneer de vliegsnelheid de geluidssnelheid nadert, treden compressie en expansieverschijnselen (verdichtingen en verdunningen) van de lucht op. Deze hebben een grote invloed op het stromingsgedrag rondom een vliegtuig.
Ideale stroming
Wanneer een vliegtuig met een bepaalde snelheid door de lucht beweegt, zullen er compressieverschijnselen optreden. Zelfs bij lage luchtsnelheden treden deze compressieverschijnsele al op. Bij stromende vloeistoffen treden deze compressie- verschijnselen nauwelijks op, doordat een vloeistof haast niet sasmendrukbaar is.
Tot ±550 km/h kan men een luchtstroom als onsamendrukbaar beschouwen, zoals bij een vloeistof. Als men de lucht als onsamendrukbaar beschouwt, maakt men dus bewust een fout. Maar tot ±550 km/h is deze fout niet dan ±5%. Gaat de snelheid echter groter worden dan 550 km/h dan gaat de gemaakte fout steeds groter worden en kan men de lucht niet meer als onsamendrukbaar beschouwen.
De tweede vereenvoudiging die men maakt is de verwaarlozing van de wrijving. Door de onderlinge snelheidsverschillen in stromende lucht zullen de luchtdeeltjes elkaar beinvloeden. Tot ±550 km/h mag men deze wrijving verwaalozen.
onsamendrukbare, wrijvingsloze lucht wordt beschouwd zich te gedragen als een ideale vloeistof. Een ideale vloeistof is onsamendrukbaar en beweegt wrijvingsloos.
Verder maakt het geen enkel verschil of het viegtuig zich beweegt door stilstaande lucht of omgekeerd de lucht met een even grote snelheid langs het stilstaande vliegtuig stroomt. Het effect is hetzelfde.
Het zichtbaar maken van stromingsverschijnselen
Doordat lucht niet zichtbaar, zijn er verschillende methoden ontwikkled om stromingsveschijnselen zichtbaar te maken. Hoe een luchtstroom om of op een voorwerp zich gedraagt, kan op de volgende manieren zichtbaar worden: -Met behulp van rook of verstoven poeder. Het beeld dat ontstaat geeft de stroming rondom het voorwerp weer.
-Door een oliemengsel op het te onderzoeken oppervlak te smeren. Dit geeft alleen informatie over hoe de stroming zich op het oppervlak zich gedraagt.
-Door bevestiging van draadjes op het oppervalk (tufts) Deze geven plaatselijk de stromingsrichting aan.
-Door kleurstof aan een vloeistof toe te voegen. Deze kleurstof geeft het stormingspatroon om het voorwerp weer.
-Met behulp van de optische methode (sliertensysteem) Met de optische methode kunnen plaatselijk veranderingen van de dichtheid van de lucht zichtbaar worden gemaakt. Deze methode wordt toegepast bij hoge snelheden. Iedereen heeft wel eens op een warme, zonnige dag boven een asfaltweg de lucht zien trillen. Doordat de dichtheid van de warme lucht boven het asfalt kleiner is, zullen de erop vallende lichtstralen worden afgebogen. In een luchtstorming, waarbij de snelheid die van het geluid nadert of hoger is dan de geluidssnelheid, kan plaatselijk de dichtheid van de lucht sterk veranderen. Een erop vallende lichtstraal zal daardoor dan afbuigen. De mate van afbuiging wordt bepaald door de dichheidsverandering en wordt via een kleurspectrum zichbaar gemaakt. Het gedeelte met toenemende dichtheid wordt door een andere kleur weergegeven, dan het gedeelte met afnemende dichtheid.
Hulpmiddelen bij het tekenen van stromingspatronen:
Een luchtstroom kan men zichtbaar maken met behulp van getekende stroomlijnen.
Een stroomlijn een lijn, waarvan in elk punt de raaklijn aangeeft welke bewegingsrichting de luchtdeeltje daar op dat ogenblik hebben.
Behalve de stromingsrichting kan men met getekende stroomlijnen ook de snelheidsverandering van een stroming aangeven. Wordt de doorgang kleiner, dan gaan de stroomlijnen naar elkaar toe. De snelheid neemt dan toe. Wordt de doorgang groter, dan gaan de stroomlijnen van elkaar af en neemt de snelheid af. Stroomlijnen snijden elkaar nooit.
Stromingssoorten:
Stromingen zijn te onderscheiden in:
-Laminaire stromingen -Turbulente strmoingen
Laminaire stroming:
Dit is een storming, die in evenwijdige lagen is opgebouwd. Het snelheidsverschil tussen de lagen onderling is klein, zodat de deeltjes door een andere laag niet veel gestoord worden. Deze stroming kan men weergeven met stroomlijnen. Bij dunne vleugels zal de stroming om de vleugel langer laminair blijven dan bij dikke vleugels.
Turblunete stroming
Als het snelhedisverschil tussen de lagen te groot wordt treedt rotatie en daardoor werveling op. De stroming wordt dan turbulent genoemd. Deze stroming kan men niet weergeven met behulp van stroomlijnen. Bij dikke vleugels zal de stroming om de vleugel vrij snel turbulent worden.
Laminaire en turbulente stromingen kunnen weer onderscheiden owrden in een: - stationaire stroming - niet starionaire stroming
Stationaire stroming:
Een stationaire stroming is een stroming, waarbij het stromingsbeeld per plaats niet verandert met de tijd. Een stationaire stroming is daarom weer te geven door middel van stroomlijnen.
Niet-stationaire stroming:
Bij een niet-stationaire stroming verandert het beeld met de tijd en is daardoor niet meer voor te stellen door middel van stroomlijnen.
Stroombuizen:
Wanneer men een willekeurige bundel stroomlijnen uit een stroming licht, vormt deze bundel een stroombuis. Er verandert daarbij niets aan de stroming.
Een stroombuis is een buis, die ontstaat door van een bundel stroomlijnen de buistenste in gedachten te vervangen door een vaste wand.
Afhankelijk van het stromingsbeeld, zal de stroombuis recht of gebogen zijn. Neemt de doorsnede in de stromingsrichting gezien toe, dan is dit een divergerende stroombuis en neemt de doorsnede af, dan is dit een convergerende stroombuis.
Statische drukmeting bij een vliegtuig:
Ondanks alle voorzorgen, is de statische drukmeting bij een vliegtuig niet geheel zuiver. Het is namelijk heel moeilijk om de statische druk op een plaats waar een ongestoorde luchtstroming heerst, te meten. De afwijking die op de meetplaats ontstaat moet exprimenteel bepaald worden.
Eisen waaraan de statische drukopeningen moeten voldoen: - de statische meetopeningen moeten loodrecht op de strmoingsrichting staan - de statische meetopeningen moeten in de ongestoorde stroming liggen - de openingen moeten kleiner dan 0,5 mm zijn - de openingen mogen niet dichtvriezen - ze moeten dubbel uitgevoerd zijn in verband met het slippen van het vliegtuig
Stuwpunt:
Bij elk voorwerp in een luchtstroming, is aan de voorzijde een bepaald punt te vinden, waar een stroomlijn loodrecht van dat voorwerp staat en waar de stroming zich splitst. Deze stroomlijn wordt de scheidingsstroomlijn genoemd. Vanaf dit punt gezien verwijderen de stroomlijnen zich van elkaar. In dit punt komen de luchtdeeltjes tot stilstand, waarna zij sterk van richting veranderen om hun weg te vervolgen.
Volgens Bernoulli geldt voor elk punt van een stroomlijn:
p0 + ½ r.V0 2 = p1 + ½r. V12
Omdat v1 = 0 m/s is :
p0 + ½r . V0 2 = p1=ptot
In punt 1 is de druk maximaal, alle snelheidsenergie is omgezet in drukenergie. Dit punt wordt daarom het stuwpunt genoemd.
Bij voorwerpen in de luchtstroming, zoals vleugels, staartvlakken en schroefbladen, zal elke doorsnede, gezien in de stromingsrichting, een stuwpunt hebben, er is dan sprake van een nauw aaneengesloten rij stuwpunten. Een stuwpunt is, wat ligging betreft, geen vast punt. De ligging wordt bepaald door de stand van het voorwerp ten opzichte van de aanstromingsrichting, de vorm van het voorwerp en de stroomsnelheid.
Snelheidsmeting bij een vliegtuig:
De snelheidsmeting wordt gedaan met behulp van een pitotbuis, genoemd naar de uitvinder Henry Pitot, een Franse natuurkundige uit de 18e eeuw. Deze pitotbuis is een gekalibreerde meetbuis, die de drukverandering doorgeeft die door de luchtsnelheid veroorzaakt wordt.
In de pitotbuis wordt de snelheid tot nul gereduceerd, zodat in de buis de totale druk (statische druk + stuwdruk) heerst. Deze wordt vergeleken met de apart gemeten statische druk. Het drukverschil dat met behulp van de pitotbuis wordt bepaald is dan de stuwdruk (q).
Met behulp van de manometer kan men de stuwdruk meten. De druk op de manometer is : links : ps + q
rechts: ps - ---------- q
Het gemeten drukverschil (stuwdruk) is afhankelijk van de luchtsnelheid en de luchtdichtheid.
q = Dp = ½ . r . v2
In het vliegtuig wordt niet zoals hiervoor een vloeistofmanometer aangesloten, maar een membraanmeter (snelheidsmeter), waarvan de drukschaal vervangen wordt door een snelheidsschaal. De totale druk (ps + q) wordt in het membraan toegelaten, de statische druk pskomt rondom het membraan te staan.
Bij grote vliegtuigen zitten de statische drukopneningen op een andere plaats dan de pitotbuis.
Eisen waaraan de plaats van de pitotbuis moet voldoen: -hij moet evewijdig aan de stromingsrichting geplaatst zijn -hij moet in de ongestoorde stroming geplaatst zijn -hij mag niet dichtvriezen
Het onstaan van draagkracht bij een vliegtuig:
Wanneer een vleugel in een stroming wordt geplaatst, zal de lucht boven en onder de vleugel stromen. Door toepassing van de stromingswetten kan het ontstaan van draagkrach verklaard worden.
