Vliegen

De definitie van Vliegen is: het vermogen om zich van de aardbodem te verheffen en vrij door het luchtruim te bewegen zonder te vallen.

Maar wat bedoelen we daar nu eigenlijk mee, en hoe werkt dat dan?

Vogels en insecten hebben het vermogen om te vliegen bij hun geboorte meegekregen. De mens heeft dat vermogen niet, maar heeft door de eeuwen heen vele pogingen gedaan om toch te kunnen vliegen. Uiteindelijk was de mens succesvol met de uitvinding van het vliegtuig.

Daedalus en Icarus met hun zelfgemaakte vleugels

Geschiedenis

Waarschijnlijk droomden zelfs de oermensen er al van om te vliegen. Pogingen van de mens om de manier van vliegen van vogels en insecten na te bootsen liepen helaas vaak dramatisch af.

Griekse oudheid

Een bekend (en misschien wel het vroegste) voorbeeld komt uit de Griekse oudheid: de sage van Daedalus en Icarus. In dat verhaal maakte Daedalus een paar vleugels voor zijn zoon Icarus, zodat ze konden ontsnappen uit een doolhof waarin ze door de koning waren opgesloten. Helaas luisterde Icarus niet naar de raad van zijn vader en vloog hij zo hoog dat de was waarvan zijn vleugels gemaakt waren smolt door de warmte van de zon en hij neerstortte.

Natuurlijk is het verhaal van Icarus maar een verhaal en nooit echt gebeurd. Maar het verhaal bracht wel anderen op ideeën, en zo probeerden de eerste pioniers van alles om te kijken of ze konden leren vliegen.

Europa

Vlucht van een vogel

In Europa waren er ook al vroeg mensen die geïnteresseerd waren in vliegen, al in de 15e eeuw bestudeerde Leonardo da Vinci nauwkeurig vogels en insecten om te kijken hoe ze vlogen. Hij bedacht aan de hand van wat hij zag machines die de mens in staat zouden moeten stellen ook te vliegen. Zijn tekeningen voor een vliegmachine gemaakt van hout leken bijzonder realistisch. Helaas had in Leonardo's tijd niemand veel interesse in zijn machines en werden veel van zijn uitvindingen nooit gebouwd.

Veel later ontdekten anderen de tekeningen en ideeën van Leonardo en probeerden ze zo goed mogelijk (na) te maken. Ze sprongen ermee van gebouwen af en probeerden dan door met hun armen (met daaraan de vleugels) te wapperen te vliegen. Helaas waren deze vleugels en machines veel te zwaar om door mensen aangedreven te worden en liepen deze pogingen vaak slecht af. Een van de eersten de succes had met zijn vleugelontwerpen was Otto Lilienthal (1848-1896). Hij ontwierp een soort vleugel waar een mens aan hing. In Berlijn (waar hij woonde) liet hij een grote heuvel aanleggen en daar sprong hij dan met zijn vleugel vanaf. In 1891 lukte het hem om een zweefvlucht van zo'n 25 meter te maken.

Voor Lilienthal hadden anderen het ook al op een vergelijkbare manier geprobeerd, maar deze pogingen liepen meestal minder goed af!

De eerste vlucht

De Wright Flyer

Pas in 1903 lukte het mensen voor het eerst om echt te vliegen: de gebroeders Wright, Orville en Wilbur, bouwden in Amerika samen de Wright Flyer.

Het toestel dat ze bouwden was niet veel meer dan twee grote vleugels met daarop een motor en een plaats voor de piloot, die eigenlijk gewoon op de onderste vleugel lag. Naast hem stond de motor die met een ketting twee propellers aandreef.

Op 17 december 1903 namen zij hun Flyer mee naar het strand bij Kitty Hawk in de staat Noord-Carolina en maakten daar de eerste gemotoriseerde vlucht.

Hun eerste vlucht duurde maar 12 seconden en was maar ongeveer 37 m. lang, maar het was ze wel gelukt! Later op de dag waagden ze nog een poging en kwamen ze in 59 seconden al 260 m. ver. Het was eindelijk gelukt, de mens kon vliegen!

Toch duurde het daarna nog een hele tijd voordat vliegtuigen groot en sterk genoeg waren om echt te kunnen gebruiken. Verschillende luchtraces (zoals de race in 1922 van Londen naar Melbourne) en twee wereldoorlogen zorgden voor enorme ontwikkelingen in de luchtvaart, waardoor we tegenwoordig vliegtuigen hebben waar wel 850 passagiers tegelijk in kunnen, vliegtuigen die sneller dan het geluid kunnen vliegen en zelfs vliegtuigen die verticaal kunnen opstijgen en landen. 

Hoe werkt het?

Om te begrijpen hoe een vliegtuig in de lucht kan blijven moeten we gaan kijken naar de vleugels. Die zorgen er voor dat een vliegtuig in de lucht kan blijven. Dat komt door hun speciale vorm.

Luchtstromen rond een vleugel

De onderkant en bovenkant van een vleugel zijn verschillend van vorm, waardoor de lucht er op een andere manier langsheen stroomt.

Zoals je hiernaast kunt zien is de onderkant van een vleugel plat en de bovenkant bol. Doordat de lucht aan de bovenkant een langere weg moet afleggen (het moet 'om de bocht') moet de lucht daar sneller dan de lucht die aan de onderkant langs de platte kant stroomt.

Denk maar aan een wandeling die je samen met je broertje of zusje maakt. Stel je voor dat er opeens een splitsing in het pad zit omdat er een boom in de weg staat. Als je toch op hetzelfde moment wilt aankomen op het punt waar de paden weer bij elkaar komen, dan zal degene die om de boom heen gaat sneller moeten lopen dan degene die rechtdoor kan blijven lopen.

Het verschil in snelheid tussen de luchtstromen zorgt ervoor dat de druk in de lucht verandert en daardoor wordt de vleugel als het ware omhoog 'geduwd'. Deze kracht wordt ook wel 'lift' (van het Engelse werkwoord 'to lift' dat 'optillen' betekent) genoemd en is op het plaatje links met een groene pijl getekend.

De eerste vleugels waren bijna allemaal recht van vorm (zoals de vleugels van de Wright Flyer). Later ging men experimenteren met de vorm van vleugels en kwamen er meer verschillende vormen, zoals de pijlvleugel en de deltavleugel. Elke vleugelvorm heeft zijn eigen voor- en nadelen, dus het hangt er van af waar je je vliegtuig voor wil gebruiken hoe je vorm van je vleugel moet zijn.

Vleugels in de natuur

Vleugels van een Meeuw

Een vliegend insect

Zoals je al eerder hebt kunnen lezen, komt het ontwerp van vliegtuigvleugels uit de natuur. Het zal je dan ook niet verbazen dat de vleugel van een vogel in principe op dezelfde manier werkt als die van een vliegtuig: de vorm van de vleugel is aan de onderkant anders dan aan de bovenkant. Als een vogel zijn vleugels beweegt stroomt de lucht langs de veren en daardoor ontstaat lift en kan de vogel vliegen.

Bij insecten ligt dat iets anders: vleugels van insecten hebben boven en onder dezelfde vorm. Hoe kunnen insecten dan blijven vliegen? Dat komt doordat insecten hun vleugels kunnen roteren (draaien). Door deze draaibeweging ontstaat er een verstoring in de lucht (turbulentie) en die zorgt er dan weer voor dat er opstijgende luchtstromen ontstaan waardoor het insect kan blijven vliegen, bijzonder he?