ZO ZIT EEN VLIEGTUIG IN ELKAAR
Arjan de Jong
Luchtscouts Van Weerden Poelman
1994

Titel: Zo zit een vliegtuig in elkaar
Schrijver:
Arjan de Jong		 Datum 1e uitgifte:
3009'94		 Versie: 1
Datum: 3009'94		 Titel nr: 004
Samenvatting:
Een eerste kennismaking met de binnenzijde van het vliegtuig. Nadruk ligt op de constructieve aspecten van het vliegtuigontwerp.

In de eerste plaats worden de grondbeginselen van mechanische constructies behandeld. Hierna wordt aandacht besteed aan de verschillende constructievormen die in de luchtvaart gangbaar zijn. Hierbij worden ook de gebruikelijke materialen belicht. Als laatste wordt een hedendaags verkeersvliegtuig nader beschouwd en worden de ontwerp kenmerken toegelicht zodat een duidelijk beeld ontstaat van de constructieve opzet van een vliegtuig.

Deze uitgave is voorzien van speltips en proefjes om de materie aanschouwelijk te maken.
Trainingsteam Luchtscouting, ILSY Plantsoen 9 2497 GA Den Haag

1 INLEIDING

Ben jij ook zo iemand die in een luchtvaarttijdschrift eerst kijkt of er een opengewerkte tekening van een vliegtuig in staat? Nou, dan ben je hier aan het juiste adres.
Voordat het inwendige van het vliegtuig aan bod komt, is het handig als je de termen op het gebied van vliegtuigconstructies kent. Zo is het handig als je de delen die aan de buitenkant van het vliegtuig zichtbaar zijn bij naam kent (zie figuur 1). De namen van de verschillende onderdelen worden namelijk veel gebruikt in dit boek.

(1) Romp. (3) Cockpit. (4) Landingsgestel met de poten (6) ingetrokken achter de wielen (5). (7) Remmen in de wielen. (8) Staartwiel. (10) Motor in de motorgondel aan de vleugel (14). (11) Propeller. (12) Spinner of propellernaaf. (13) Motorbeplating. (14) Vleugels. (15) Aileron of rolroer. (18) Voorlijst. (19) Staart of staartgroep. (20) Kielvlak. (21) Richtingsroer. (23) Stabilo of horizontaal staartvlak. (24) Hoogteroer.

Figuur 1: De namen van vliegtuigonderdelen

Begrippen die het gedrag van constructies en constructie-elementen aangeven, worden aan de hand van proefjes verduidelijkt. Het eerste deel (hoofdstuk 2) is het voornamelijk als achtergrondkennis waardevol. Het is niet nodig om het hoofdstuk volledig te doorgronden om het tweede deel van het boek te kunnen volgen. Daar waar moeilijke begrippen voorkomen (cursief gedrukt) kan de woordenlijst achterin de uitgave worden geraadpleegd. Het tweede deel van het boek handelt over de materialen en de verschillende bouwmethoden die in de luchtvaart worden toegepast. Ook hier worden weer enkele proefjes en speltips genoemd. Tot slot wordt aan de hand van een tweetal echte vliegtuigen gekeken naar de constructie. Aan de hand van opengewerkte tekeningen wordt duidelijk gemaakt waarom vliegtuigen op een bepaalde manier worden ontworpen.
Hoewel deze publicatie een eerste indruk geeft van vliegtuigconstructies, kan het niet nadrukkelijk genoeg genoemd worden dat het bekijken van vliegtuigen zelf de beste leermeester is.

2 DE BASIS VAN DE VLIEGTUIGCONSTRUCTIE

2.1 Regelgeving, ontwerp overwegingen en uitgangspunten

Het is belangrijk dat vliegtuigen die worden gebouwd sterk genoeg zijn. Een vliegtuig moet ook licht zijn. Dat komt doordat een vliegtuig zijn hele gewicht op moet tillen om te kunnen vliegen. Een vliegtuig dat zwaar is kan maar weinig gewicht aan passagiers of vracht meenemen. Weinig gewicht aan vracht of passagiers betekent weinig betalende lading.

Bij een vliegtuig worden dus twee eisen gesteld aan de constructie. Deze moet sterk en licht zijn. De belangrijkste vraag is nu: 'Hoe sterk moet een vliegtuig zijn?' Deze vraag is een vraag die alle vliegtuigbouwers bezig houdt. Algemeen geldt dat een vliegtuig alle belastingen die het in zijn leven tegenkomt moet kunnen weerstaan. Om de veiligheid te vergroten wordt verwacht dat het vliegtuig anderhalf keer zo sterk is als de maximaal optredende belasting, 'just in case!' (- voor het geval dat ...).

Een klein probleempje bij deze eenvoudige regel is, dat een vliegtuig aan heel veel dingen wordt blootgesteld. Tijdens de vlucht lijkt de situatie eenvoudig. Het vliegtuig wordt door de motoren naar voren getrokken en door de weerstandskrachten tegengehouden. Het vliegtuig wordt door de draagkracht omhoog getild, terwijl de massa van het vliegtuig en de lading door de aarde worden aangetrokken (zie figuur 2).
Dit lijkt eenvoudig, vier krachten die met elkaar in evenwicht zijn. Klopt, dit is eenvoudig, maar niet de werkelijkheid. Een vliegtuig dat door turbulent weer vliegt, wordt op en neer gesmakt. Wanneer je in het vliegtuig zit voel je dit en je ziet de vleugels aan de vleugeltippen op en neer dansen. Er treden wisselende belastingen in de vleugel op wanneer de vleugel omhoog of omlaag wordt gebogen. Het nadeel is dat door de wisselende belastingen vermoeidheid kan ontstaan.
Figuur 2: Eenvoudig krachtenevenwicht van een vliegtuig
De constructeur moet dus rekening houden met de wisselende belastingen die het vliegtuig tijdens zijn leven meemaakt.

Naast dit ene voorbeeld zijn er nog vele andere te noemen. Tijdens de start en de landing treden weer heel andere krachten op die het vliegtuig moet weerstaan. Ook kan een vliegtuig tijdens zijn leven best worden blootgesteld aan een noodlanding. Het is dan de bedoeling dat de passagiers het ongeval overleven. Hier moet het vliegtuig dus ook op geconstrueerd worden. En, een noodlanding op het land levert een heel andere belasting als een noodlanding op het water (dit wordt 'ditching' genoemd).

Je ziet dat het construeren van een vliegtuig nogal wat voeten in de aarde heeft. Daarom zijn er regels opgesteld waaraan een vliegtuig moet voldoen. De regels worden door landelijke regelgevers, dat is de overheid, opgesteld en gecontroleerd. In Nederland is dat de Rijks Luchtvaartdienst (RLD). De RLD is onderdeel van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat. Deze regels zijn wat minder vaag, zodat ontwerpers er makkelijker mee uit de voeten kunnen. De regels zijn wel heel streng, omdat de veiligheid in de luchtvaart heel belangrijk is. Daarom moeten vliegtuigfabrikanten laten zien dat het vliegtuig aan de regels voldoet. In de eerste plaats moeten de fabrikanten de berekeningen laten goedkeuren waaruit de sterkte blijkt. Daarnaast moeten ze door middel van proeven laten zien dat hun vliegtuig aan de eisen voldoet, hiervoor beproeven ze een echt vliegtuig op de sterkte en op vermoeiing. Wanneer de autoriteiten overtuigd zijn dat het vliegtuig aan de eisen voldoet, krijgt het vliegtuig zijn Bewijs van Luchtwaardigheid, een bewijs dat het ontwerp (en de productie) aan de gestelde veiligheidseisen voldoet.

2.2 De trekproef

Om een beetje gevoel te krijgen voor vliegtuigconstructies, is het nodig om enkele elementaire begrippen te kennen. Wanneer je deze begrippen aanvoelt is het eenvoudiger om na te gaan waarom een vliegtuig op een bepaalde manier is geconstrueerd. Je zult merken dat je direct op een andere manier naar vliegtuigen gaat kijken. Niet langer zul je naar de buitenkant kijken, maar proberen door het vliegtuig heen te kijken (dit gaat wel weer over, maar het duurt jaren).

Voor het begrip sterkte moet eerst worden gekeken naar het gebruikte materiaal. Het materiaal is van grote invloed op de sterkte. Niet alle materialen zijn namelijk even sterk. Neem bijvoorbeeld eens een wollen draadje en een gevlochten staaldraadje. Wanneer je aan het wollen draadje trekt, zal het veel eerder breken dan het gevlochten staaldraadje. Een proef waarbij de treksterkte wordt bepaald noemt men een trekproef.
De trekproef laat veel eigenschappen van een materiaal zien. Tijdens een echte trekproef wordt een staaf ingeklemd in de bekken van een trekbank. Op de staaf wordt een rekmeter aangebracht. Een rekmeter meet de rek, de verlenging van de staaf, tijdens de proef. Vervolgens wordt een trekkracht, trek, op de staaf uitgeoefend. Terwijl de trekkracht groter wordt, wordt gelijktijdig de rek gemeten.

Sommige scouts maken wel eens een touwbrug. Hiervoor spannen ze een staalkabel of een nylon koord. Om te voorkomen dat de kabel of het koord teveel doorzakt, trekken ze het koord strak. Nylon rekt veel meer dan staalkabel, zodat scouts met een nylon touw (zie figuur 3) veel meer doorzakking hebben als scouts met een stalen kabel.

Figuur 3: Een touwbrug met een nylonkabel (a) en een staalkabel (b)

De verhouding tussen de spankracht en de doorzakking, de rek, wordt de elasticiteit genoemd. Nylon-touw zakt veel verder door dan staalkabel. Nylon is dus veel elastischer. Een materiaal dat heel elastisch is, is elastiek (de naam zegt het al). Kunststof vezels en staal zijn helemaal niet elastisch. Deze materialen rekken heel weinig uit, wannneer er aan getrokken wordt (zie figuur 3). Materialen die niet elastisch zijn, zijn stijf. Materialen die elastisch zijn, zijn slap.

Speltip 1: Elasticiteit van verschillende materialen
nodig: 1,5 meter staalkabel (bijvoorbeeld een remkabeltje van een fiets), 1,5 meter nylon koord van gelijke dikte, twee gelijke gewichten tussen de 5 en 20 kilogram
Elasticiteit is de verhouding tussen belasting en rek die een voorwerp ondergaat wanneer er aan getrokken wordt. Wanneer de belasting op twee voorwerpen gelijk is, zal het materiaal dat het meeste rekt, het meest elastisch zijn.
1.   Maak in het nylonkoord en in de staalkabel boven en onder een lus. De afstand tussen de lussen moet gelijk zijn voor de twee proefstukken.
2.   Hang de twee proefstukken nu op; de bovenzijde op ongeveer 2 meter boven de grond.
3.   Hang nu aan de onderste lussen de gewichten en kijk naar het verschil in rek.
Wat zie je en waarom? Vergelijk ook eens andere materialen.

Wanneer materiaal zwaarder belast wordt, wordt de rek groter. Dat is niet erg. Het voorwerp vervormt wel (het rekt per slot van rekening uit), maar als daarna de kracht wordt weggenomen, neemt het voorwerp zijn oude vorm en afmetingen weer aan.
Er komt een moment, dat een voorwerp zo erg wordt vervormd, dat het zijn oude vorm niet meer wil aannemen. Het voorwerp is dan blijvend vervormd. Bij het nylon koord dat we eerder voor de touwbrug hebben gebruikt is dat niet zo erg. Het resultaat is, dat het koord de volgende maal niet zover meer zal rekken. Voor een vleugel is een blijvende vervorming natuurlijk wel heel vervelend. Het vliegtuig krijgt door de vervorming ineens een andere vorm; iets waar de constructeurs niet blij mee zullen zijn. Materialen die makkelijk blijvend vervormen zijn week, materialen die moeilijk vervormen zijn stug.

Het materiaal, de nylon trekstaaf, is nog steeds niet gebroken. Het materiaal is ondertussen wel blijvend langer geworden, maar daar zitten touwbrugbouwers niet mee.
Vliegtuigen worden zo ontworpen dat ze bij normaal gebruik niet vervormen. Dat geldt trouwens ook voor auto's en huizen, maar dit terzijde. Bij noodgevallen zoals crashes enzo is het niet erg als het vliegtuig vervormd. Het vliegtuig moet dan toch worden weggegooid, zodat het niet erg belangrijk is welke vorm het heeft na de kraak, zolang het passagierscompartiment maar niet vervormd waardoor mensen worden platgedrukt of vermorzeld. Sterker nog, door het vervormen van materiaal kan veel energie worden opgenomen. De kreukelzone bij een auto bijvoorbeeld werkt net zo. Doordat de kreukelzone van een auto vervormd, wordt zoveel energie opgenomen dat de botsingsenergie afneemt zodat de botsing beter te overleven is.

Ondertussen is de proefstaaf nog steeds niet kapot. Er is nog geen breuk opgetreden. Maar, wanneer de trekstaaf nog verder wordt belast is te zien dat de staaf ineens veel sterker uitrekt. Dit is begin van het einde. Snel volgt breuk. Materialen met een grote breuksterkte noemt men sterk, materialen die onder een lichte belasting breken noemt men zwak. Bij breuk houdt de staaf op te bestaan en bestaan er alleen nog twee halve staven. Er zijn materialen die ver rekken voordat ze breken. Deze materialen zijn taai. Materialen die weinig rekken voordat ze breken zijn bros. Kauwgom is heel taai. Steen of krijt is erg bros.

Materiaaleigenschappen die zijn af te leiden uit het rek-trekdiagram of de trekkromme (zie giguur 4) zijn belangrijk voor de kwaliteit van een constructie. Vliegtuigbouwers beschikken over dikke boeken met allerlei materiaaleigenschappen voor heel veel verschillende materialen.


Figuur 4: Een rek-trekdiagram van een willekeurig materiaal

Speltip 2: Meet de treksterkte van verschillende materialen
nodig: sisaltouw, aluminium breipen, nylontouw, ijzeren pen; alle materialen van bijna gelijke diameter (2 millimeter is het makkelijkst) en een lengte van ongeveer 1 meter, 2 harpsluitingen, zwaar touw.
Niet ieder materiaal is even sterk. Welk materiaal is volgens jou het sterkst?
1.   Maak aan iedere trekstaaf een solide lus. Maak de bovenste lus vast met een harpsluiting aan een stevig oog hoog boven de grond.
2.   Hang met een harpsluiting aan het onderste oog een dik en zwaar touw.
3.   Beproef de trekstaaf nu door met zoveel scouts als mogelijk aan het zware touw te gaan hangen.
Welke trekstaaf kon de meeste scouts van de grond af houden? Welke trekstaaf is het sterkst?

Terug naar het wollen draadje. Het zal ook duidelijk zijn dat een dikker wollen draadje sterker is dan een dunner wollen draadje. De breuksterkte van een dik draadje is groter dan van een dun draadje. Daarom wordt de sterkte van een materiaal niet uitgedrukt in de breuksterkte maar in de breukspanning. Spanning is de kracht die een materiaal kan dragen, uitgedrukt per oppervlakte.

Speltip 3: Bepaal de breukspanning van verschillende materialen
nodig: wollen draadje, staaldraadje, nylon draadje, dunne aluminium breipen, veerunster van ongeveer 200 Newton (± 20 kilogram), schuifmaat, twee lijmklemmen, tafel, zakrekenmachine.
De sterkte van constructies is niet alleen afhankelijk van het materiaal, maar ook van het belaste oppervlak. Met volgende formules kun je de breukspanning uitrekenen.
A   oppervlakte in mm2
d   diameter in mm
Fbreuk   breuksterkte in Newtons
óbreuk   breukspanning in N/mm2
Let op! Wanneer de veerunster in kilogrammen is geijkt, moet de breuksterkte worden vermenigvuldigd met 10 om er Newtons van te maken! De grootte van het breukvlak is:
     A = 3,14 * (d/2)2
De breukspanning kan worden berekend met:
     óbreuk = Fbreuk/A
Wanneer je naar de verschillende trekstaven kijkt, welke zou dan de grootste breukspanning hebben?
1.   bepaal de dikte in millimeters van het wollen draadje, het staaldraadje, het nylon touwtje en de aluminium breipen.
2.   bereken het oppervlakte van de doorsnede.
3.   bepaal de treksterkte door de trekkracht te meten bij breuk.
4.   bereken de breukspanning.
Wat is het materiaal met de hoogste breukspanning? Had je dat ook verwacht?

In figuur 5 is een spanning-rekdiagram getekend voor een aantal verschillende materialen. In het diagram is te zien dat niet alle materialen even sterk zijn en niet allemaal ever elastisch zijn. Het is dus belangrijk dat voor een bepaalde toepassing de juiste materiaalkeuze wordt gemaakt. Iedere keuze is afhankelijk van de eisen die aan de constructie worden opgelegd.

2.3 Bezwijk-vormen

In de vorige paragraaf is gekeken naar de materiaaleigenschappen van een materiaal dat op trek wordt belast.		 Figuur 5: Spanning-rekdiagrammen van enkele materialen
Het mag duidelijk zijn dat een voorwerp niet alleen op een trekbelasting kapot kan gaan. Eerder is al genoemd dat een materiaal ook door wisselende belastingen kapot kan gaan. Er wordt dan gesproken van een vermoeiingsbreuk. Hieraan wordt later meer aandacht besteedt. Bij een trekbelasting worden de atomen in het materiaal met veel geweld van elkaar af getrokken. In het atoomrooster waarin de atomen gerangschikt zijn oefenen de atomen een onderlinge aantrekkingskracht op elkaar uit. Maar wanneer er een kracht van buitenaf op de atomen werkt die sterker is dan de onderlinge aantrekkingskracht, gaat het rooster kapot (zie figuur 6). Naast een breuk die ontstaat door een trekbelasting, kan een materiaal ook kapot gaan door een drukbelasting. Bij een drukbelasting, kortweg 'druk' , worden de atomen juist heel hard op elkaar gedrukt (zie figuur 7). Ook hier kunnen materialen niet tegen. De druksterkte is meestal net zo groot als de treksterkte. Over het algemeen wordt geen onderscheid in sterkte gemaakt.

Figuur 6: Trekkracht Figuur 7: Drukkracht
Speltip 4: Wat betekent eigenlijk druk- en treksterkte?
nodig: een dozijn scouts
Stel dat je een atoom in een materiaal kan vergelijken met een scout. Wanneer twee scouts mekaar dan stevig vast houden kun je spreken van een atoomverbinding.
1.   Neem twee scouts die elkaar stevig vast pakken.
2.   Probeer nu zo hard aan de atomen te trekken dat de verbinding kapot gaat.
Neem nu wederom twee scouts die een atoomverbinding nabootsen. Kijk hoe een atoomverbinding stand houdt bij een drukbelasting.
3.   Neem twee scouts die een atoomverbinding nadoen.
4.   Duw zo hard tegen de atomen dat de verbinding op breuk bezwijkt (hard 'au'-geroep is ook vergelijkbaar met breuk).
Is dat wat je hebt gezien te vergelijken met de atomen in een atoomrooster in een metaal?

De derde bezwijkvorm voor materialen is afschuiving of schuif (zie figuur 8). Hierbij worden de atomen in het voorwerp gedwongen om langs elkaar te schuiven. Afschuiving treedt bijvoorbeeld op wanneer met een schaar door papier wordt geknipt. Het papier wordt op de kniplijn gedwongen langs elkaar te schuiven waardoor het bezwijkt. Een ander voorbeeld van afschuiving is een bout die twee beslagen aan elkaar verbindt. Wanneer de bout bezwijkt, gebeurt dit op afschuiving (zie figuur 9).


Figuur 8: Afschuiving
Proef 5: Demonstreer wat afschuiving is!
nodig: rondhoutje van 10 cm met een diameter van 6 mm, drie houten plankjes van 20 X 10 X 2 cm, 2 bouten van 6 mm, een boor van 6 mm, lijm, pioniertouw
Afschuiving van een bout kan worden verduidelijkt door de proefopstelling van figuur 9 na te bouwen. In plaats van een bout wordt een houten pen gebruikt.
1.   Boor in de drie planken twee gaten van 6 mm, op 5 cm van de voor- en achterzijde van de plank.
2.   Leg de plankjes op elkaar als in figuur 7 en steek de houten pen door de middelste gaten. Plak de pen vast aan de boven- en onderzijde.
3.   Steek de bouten door de buitenste gaten en knoop hier een fors stuk pioniertouw aan vast.
4.   Trek nu aan de eindjes pioniertouw totdat de houten pen breekt.
De houten pen is op afschuiving gebroken.
Kun je aan de breukvlakken van de houten pen zien dat de pen kapot is gegaan door afschuiving?


Figuur 9: Een bout belast op afschuiving

Vermoeiing treedt op wanneer een belasting vaak wordt afgewisseld. Vermoeiing treedt dan ook vaak op bij oudere vliegtuigen. In het begin van het straaltijdperk, net na de tweede wereldoorlog, was men zich nog niet bewust van het gevaar van vermoeiing. Er zijn toen enkele dramatische ongelukken gebeurt met de DeHavilland Cornet door vermoeiing van de drukcabine (het afwisselend onder druk staan van de cabine leverde hoge wisselende belastingen met noodlottige gevolgen). Sindsdien zijn ontwerpers erg huiverig voor vermoeiing.

Er zijn naast de genoemde bezwijkmogelijkheden nog vele andere vormen. Zo kan een materiaal ook kapot gaan ondervloed van een hoge temperatuur in combinatie met een hoge belasting. Dit heet kruip.
Op andere vormen van bezwijken zal niet verder worden ingegaan omdat ze verder niet erg relevant zijn.

2.4 Belasting-vormen

In de vorige paragrafen is gekeken naar de manieren waarop een materiaal kapot kan gaan. Er is toen gebleken dat materialen sneuvelen als ze te zwaar worden belast. Een belasting is een kracht of een verzameling van krachten. Er zijn drie basisvormen waarop een materiaal kan worden belast; trek, druk en afschuiving. Een zo groot mogelijke weerstand tegen deze drie belastingsvormen is een zo groot mogelijke doorsnede waar de belasting wordt doorgevoerd. Er bestaan echter nog meer belastingvormen, maar die zijn dan opgebouwd uit de drie basisbelastingen.

Een andere manier om een belasting op een balk uit te oefenen is door de balk te buigen. Dit heet buiging. Bij buiging treden trek- en drukkrachten op. In figuur 10 is te zien dat de bovenzijde van de balk korter wordt.
De onderkant van de balk wordt langer. Het materiaal verzet zich hier tegen. Onderin de balk treden dan trekspanningen op (de balk probeert de atomen bij elkaar te houden door ze harder naar elkaar toe te trekken). Aan de bovenkant worden de atomen onder invloed van de kracht harder tegen elkaar aangedrukt waardoor een drukkracht ontstaat.
Voor het verkrijgen van een grote weestand tegen buiging, Figuur 10: Buiging van een balk
de buigstijfheid, moet de hoeveelheid materiaal zover mogelijk uit elkaar worden geplaatst. Vaak worden dan ook I- of H-profielen toegepast voor balken die op buiging worden belast. Deze balken hebben een I- of H-vormige doorsnede.
Er kan ook buiging optreden door een verdeelde belasting (zie figuur 11). Er wordt dan niet één kracht op de balk uitgeoefend, maar een heleboel krachtjes. Samen vormen deze krachtjes een verdeelde belasting. Ook onder invloed van de verdeelde belasting zal de balk buigen. Net als bij buiging treden er weer trek- en drukspanningen op.
Figuur 11: Een verdeelde belasting
Een andere belastingvorm is bijvoorbeeld torsie (zie figuur 12). Torsie ontstaat wanneer een voorwerp wordt verdraaid. Het materiaal verzet zich hier tegen waardoor spanningen optreden. Torsie is een combinatie van trek- en drukkrachten in de balk.
Figuur 12: Torsie
Torsie kan door toepassing van gesloten doorsneden licht worden geconstrueerd. Holle buizen zijn zeer geschikt om met weinig gewicht aan materiaal een zeer torsiestijve balk te maken.
Tot nu toe is één belastingsoort over het hoofd gezien. Deze heel belangrijke kracht wordt het moment genoemd. Eerder is de kracht al opgetreden. Een moment wordt veroorzaakt door een kracht. Een moment is het gevolg van een kracht en een afstand tussen de kracht en het punt waar een andere kracht optreedt.
Kijk maar eens naar balk die wordt belast op buiging (zie figuur 13a). Een balk die op buiging wordt belast moet worden vastgehouden, anders zal de balk gaan bewegen. Dit soort krachten noemen we ondersteuningskrachten. Een ondersteuningskracht is een reactie op een andere kracht. De aangebrachte kracht is even groot als de ondersteuningskracht.
Kijk nu naar één helft van dezelfde balk (zie figuur 13b). De aangebrachte kracht is ook nu weer gelijk aan de ondersteuningskracht. Toch klopt er iets niet. De balk is niet in evenwicht. De zijde waar de last wordt aangebracht zal naar beneden bewegen. Hier moet iets aan worden gedaan. Dit kan door middel van een moment (zie figuur 13c). Het moment dat het mannetje links moet maken is gelijk aan de zwaartekracht die het rechter mannetje ondervindt (en uitoefend op de balk) en de afstand tussen de twee mannetjes (de afstand tussen de aangebrachte last en de ondersteuningskracht). Een moment kan worden opgevat als twee krachten van gelijke grootte maar die op een kleine afstand van elkaar in tegengestelde richting werken (zie figuur 13d).

Figuur 13: Een moment

2.5 Doeltreffend ontwerpen

Het uitgangspunt bij het ontwerpen van vliegtuigen is om een constructie te bouwen die sterk genoeg is, zodat vliegtuig niet blijvend vervormd of kapot gaat, bij een zo laag mogelijk gewicht. Dat vraagt om doeltreffende, efficiënte constructies. Constructeurs peinzen zich dan ook helemaal suf over dit soort constructies, en het is ook wat vliegtuigen zo duur maakt. Maar, er zijn een aantal eenvoudige regeltjes of handvaten, die dit proces vergemakkelijken.
In de eerste plaats is het heel erg belangrijk dat een constructie eenvoudig blijft. Veel onderdelen, die met allemaal ingewikkelde bevestigingsmiddelen aan elkaar zijn geknutseld, zijn zwaar. Wanneer een constructie met minder onderdelen kan worden gebouwd, zijn minder bevestigingsmiddelen nodig. Dit levert gewichtsbesparing op voor dezelfde sterkte. Een goed voorbeeld is de General Dynamics (tegenwoordig Lockheed) F-16. Voorheen werden spanten gemaakt van plaatmateriaal waarop allerlei verstevigingen werden bevestigd. Bij de F-16 zijn de spanten uit één stuk gemaakt. Hierdoor werden de spanten een stuk lichter. De constructie is dan ook goedkoper om te maken. Er hoeven veel minder mensenhanden aan te pas te komen om de verschillende onderdelen aan elkaar te bevestigen. Dit is trouwens ook één van de grote voordelen van composietmaterialen. Bij het ontwerpen geldt dus dat de complexiteit zo klein mogelijk moet zijn; 'keep it simple, succer!' (-hou het eenvoudig, guppie!).

Een andere manier waarop gewicht kan worden bespaard is door het ophopen van lasten. Hiermee wordt bedoeld dat door alle grote krachten bij elkaar te plaatsen gewicht kan worden bespaard. Dat zit zo. Krachten en hun reactie-krachten heffen elkaar op. Bijvoorbeeld de liftkracht heft de zwaartekracht op tijdens de vlucht. Wanneer deze twee krachten heel ver van elkaar vandaan zitten, zal de liftkracht over een hele grote afstand moeten worden verplaatst om het gewicht van het vliegtuig op te kunnen heffen. Denk aan een vleugel met een grote spanwijdte. De liftkracht die aan de vleugeltippen wordt opgewekt moet een enorme afstand afleggen voordat er gewicht kan worden opgeheven. Dat betekent dat de vleugel ook extra zwaar wordt, want het doorvoeren van krachten vraagt een constructie die hiervoor sterk genoeg is. Hierdoor wordt de vleugel zwaarder.
Door nu compact te bouwen, kan gewicht worden bespaard. De afstanden tussen de grote krachten worden kleiner, waardoor lichter kan worden gebouwd. Een goed voorbeeld is de HansaJet (zie figuur 14). Bij dit vliegtuig zit het midden van de vleugel (hier is dus een opeenhoping van draagkracht) heel dicht bij de motoren (een opeenhoping van stuwkracht). De romp is kort, dus alle lading (een opeenhoping van gewicht) zit dicht bij de motoren en de vleugel.
Wide-body vliegtuigen zijn volgens dit zelfde principe gebouwd. Ze bezitten allemaal korte rompen (korte afstanden tussen gewicht van de lading en de luchtkrachten). Zorg dus dat alle afstanden zo kort mogelijk zijn tussen de verschillende krachten en gewicht zal worden gewonnen.

Figuur 14: MBB HFB 330 Hansa Jet

3 CONSTRUCTIES

3.1 Constructie-vormen

Door de jaren heen zijn er veel constructies gebouwd. In de beginjaren werden vliegtuigen gemaakt uit bamboe en linnen. Tegenwoordig worden vliegtuigen hoofdzakelijk uit aluminium gebouwd. Maar, de opmars van vezelversterkte kunststoffen is niet meer te stoppen. Zweefvliegtuigen en sportvliegtuigen worden voor steeds grotere delen uit vezelversterkt kunststof of composietmateriaal vervaardigd. Het zal niet lang meer duren voordat ook verkeersvliegtuigen voor grotere delen uit composietmaterialen worden gebouwd.

3.1.1 Verspannen constructie

In de begindagen van de luchtvaart werden vliegtuigen gebouwd uit bamboe en linnen. Bamboe was in die dagen een ideaal materiaal om vliegtuigen uit te bouwen. Bamboe is een materiaal dat zonder verdere bewerking geschikt is om er een vliegtuig van te bouwen. Bamboe is hol, waardoor het voor zijn gewicht voldoende sterk is om kleine vliegtuigen van te bouwen. Daarbij kunnen de bamboe stokken makkelijk op sterkte worden uitgezocht aan de hand van de dikte.
Figuur 15: Voorbeeld van een verspannen constructie
Vliegpioniers die wegens geldgebrek ook tegelijk hun vliegtuigen moesten bouwen waren in staat om voor weinig geld en met weinig vakkennis een vliegtuig te bouwen. De bamboe stokken werden met messing beslagen (verbindingsstukken) in elkaar gezet. Het voordeel van een messing beslag was dat het niet corrodeerde en makkelijk te bewerken was.

Rompen uit bamboe werden met behulp van spandraden in vorm gehouden. De spandraden zorgden voor de nodige sterkte. Daarnaast kon het geraamte door spandraden losser of strakker te spannen nauwkeurig in vorm worden gebracht.

Het duurde niet lang of bamboe werd vervangen door spruce (een in de luchtvaart veel gebruikte naam voor sparrenhout) en essenhout. Spruce en essenhout zijn lichte en sterke houtsoorten. Deze materialen werden gebruikt voor verspannen rompen en vleugels (zie figuur 15). Het werd met deze materialen mogelijk om betere, dikkere ribben te bouwen, die beter aansloten bij de kennis van de aërodynamica die men toen had. Ook konden efficiëntere vleugelliggers worden gebouwd. In die tijd begon men I-liggers te bouwen. Spruce en essenhout leenden zich ervoor om uit balken hout I-profielen te schaven, een ongekende luxe vergeleken bij bamboe. De vliegtuigen werden nog steeds met spandraden in model gehouden. Vleugels werden bespannen met linnen, die met spanlak luchtdicht werden afgelakt.

Verspannen constructies werden tot na het einde van de eerste wereldoorlog toegepast. Daarna werd onder invloed van de steeds hoger wordende vliegsnelheden gezocht naar constructies die sterker waren en lichter waren. Spandraden en vleugelstijlen leverden relatief veel weerstand en waren dus niet geschikt voor hoge vliegsnelheden.

3.1.2 Schaalconstructie

Nog voor de eerste wereldoorlog begint men aan de ontwikkeling van vliegtuigen met een dragende huid, ook bekend als vliegtuigen met een schaal- of monocoque constructie. Hierbij worden de belastingen niet langer door een inwendig raamwerk gedragen, maar levert de huid de benodigde sterkte. Deze manier van construeren is erg gewichtsefficiënt omdat het belaste materiaal een grote afstand van elkaar verwijderd is.

Figuur 16: De semi-monocoque constructie van de Avro Shackleton

Ook is deze constructie efficiënt omdat de huid nu twee functies combineert; de huid diende om het vliegtuig zijn aërodynamische vorm te geven, terwijl het gelijktijdig krachten kon doorvoeren.
In de tijden van voor de eerste wereldoorlog werd hier al op beperkte schaal mee geëxperimenteerd. Dunne stroken multiplex werden om een mal gewonden. Tijdens de eerste wereldoorlog waren jagers als de Albatross voorzien van een schaalromp. Het hoogtepunt van de houten schaalbouw was weliswaar de DeHavilland Mosquito.
Bij toepassing van aluminium als constructie-materiaal werden de huidplaten voorzien van constructieve elementen om knik (uitbuigen van de huidplaten onder een bepaalde last) tegen te gaan. Hier wordt dan gesproken van een semi-monocoque constructie. Bij de semi-monocoque constructies worden de huiddelen verstevigd met spanten, ribben en verstijvers (zie figuur 16). Door toepassing van deze verstijvers, spanten en ribben kunnen de in de huid optredende lasten beter worden verdeeld, waardoor dunnere huidpanelen kunnen worden toegepast, wat het gewicht van de constructie dan weer ten goede komt. Er zijn drie belangrijke verstijvertypes; de L-, Z- en hoedverstijver (zie figuur 17).
Niet alleen de rompen werden volgens schaalconstructies gebouwd.
  Figuur 17: Verschillende verstijvers, a; L-verstijver, b; Z-verstijver en c; hoedverstijver
Met toenemende snelheden bleken de tweedekkers met al hun verspanningen en vleugelstijlen teveel luchtweerstand te leveren. Daarom begon men vrij dragende vleugels te bouwen. Hierbij werden vleugels opgebouwd rond een solide ligger, vaak in een doosvorm. De gordingen van de doos werden gemaakt van spruce, de lijfplaten van de doos werden uit multiplex gemaakt. Daarna werd de gehele vleugel ingedekt met een dunne multiplex huid die een aanzienlijk deel van de krachten doorvoerde. De bouw van houten, vrijdragende vleugels kwam in de periode na de eerste wereldoorlog pas echt op gang. Met name Fokker was groot voorstander van houten vleugels. De opkomst van houten vleugels bleek overigens alleen haalbaar door de sterk verbeterde kwaliteit van de houtlijmen die men toen gebruikte.

Omdat vliegtuigbouwers op zoek zijn naar een materiaal dat het mogelijk maakt om vliegtuigen massaal te produceren, ontstonden de eerste experimenten met aluminium. Hugo Junkers is de grote drijfveer achter het aluminium vliegtuig. Rond de eerste wereldoorlog bouwt hij zijn eerste aluminium vliegtuig. De wereld is geschokt en insiders in de luchtvaart zijn niet te overtuigen dat aluminium de toekomst van het vliegtuig is. Junkers bouwt semi-monocoque vliegtuigen met vrijdragende vleugel, vergelijkbaar met de vliegtuigen zoals ze nu nog steeds worden gebouwd.

3.1.3 Vakwerkconstructie

Een geheel andere constructie die werd ontwikkeld was de vakwerkconstructie. De vakwerkconstructies lijken veel op de verspannen constructies. Het grote verschil is dat de spandraden zijn vervangen door staven. Kunnen spandraden alleen trekkrachten opnemen; staven kunnen trek- en drukkrachten opnemen.

Figuur 18: Een vliegtuig met een vakwerk romp is bijvoorbeeld de D.21

Vakwerkconstructies zijn meestal uitgevoerd als stalen buizenframes (zie figuur 18). Deze buizen werden over het algemeen aan elkaar gelast. Met deze constructie-methode kon men relatief goedkoop sterke en stijve vliegtuigen bouwen. Nadeel bleek wel dat de vakmensen, de lassers, moeilijk te vinden waren. Daarom bleef de houtbouw zo lang bestaan. Meubelmakers waren er immers genoeg, lassers was een heel ander verhaal (de Nederlandse vliegtuigbouwer Pander was rond 1920 eigenaar van een meubelzaak in Den Haag, en had voldoende meubelmakers tot zijn beschikking om bijvoorbeeld de legendarische houten Panderjager voor de Melbourne-race te bouwen. De meubelzaak bestaat overigens nog steeds).
Toch zijn er nogal wat vliegtuigen met een vakwerkconstructie gebouwd. Fokker bouwde veel vakwerkrompen die waren bespannen met linnen. Ook de beroemde Piper Cub en Super Cub hebben een vakwerkconstructie.

3.1.4 Geodetische constructie

Een wat vreemdsoortige constructie is de geodetische constructie. Deze constructievorm werd door het Engelse bedrijf Vickers gebruikt voor de bouw van enkele bommenwerpers, de Wellington (zie figuur 19) en de Wellesley. Vickers had deze constructie overgenomen uit het R.100 luchtschip. De geodetische constructie bestaat uit elkaar loodrecht kruisende elementen, die over de contour van de vleugel of de romphuid lopen. Deze constructie blijkt zeer sterk en levert een maximale hoeveelheid binnenruimte.

Figuur 19: De geodetische constructie van de Wellington

Ook is het mogelijk om met een heel klein aantal standaard-elementen een heel vliegtuig in elkaar te zetten. Dit is uit produktie-oogpunt heel prettig.
Speltip 6: Stel een fototheek samen met afbeeldingen van vliegtuigconstructies
nodig: oude luchtvaarttijdschriften, scharen, lijm en schrijfgerei.
Zoals is gebleken zijn er een aantal constructie-methoden te onderscheiden. De constructie-methoden hebben allemaal hun eigen voor- en nadelen.
Zoek plaatjes bij elkaar van vliegtuigen waaruit duidelijk de constructie-methode blijkt. Zoek van de vakwerk-, de verspannen en de schaalconstructie ieder drie plaatjes en plak deze netjes op een vel papier. Schrijf onder iedere afbeelding wat voor een type constructie het is en geef aan waarom de ontwerpers voor deze constructie hebben gekozen.

Speltip 7: bouw een vliegtuigconstructie op schaal
nodig: Fröbelmateriaal, gereedschappen etc, bouwtekeningen of foto's
Vliegtuigen worden volgens verschillende constructie-methoden gebouwd. Bouw per bemanning het skelet of geraamte van een vliegtuig na. Iedere bemanning kiest een andere constructie-methode uit.

Speltip 8: Een constructie-quiz
nodig: Afbeeldingen van vliegtuigen waarop de constructie goed zichtbaar is. Kies bijvoorbeeld voor opengewerkte tekeningen.
Leg de jeugdleden eerst het nodige uit over de verschillende constructie-methoden. Als proef op de som kan een quiz worden georganiseerd met plaatjes van vliegtuigen. Van iedere afbeelding moet de juiste constructie-methode benoemd worden.

Speltip 9: Bekijk een vliegtuig van dichtbij I
nodig: Bezoek een luchtvaartmuseum of bezoek eens een hangar van een luchtvaartmaatschappij of vliegschool. Probeer door de huid van het vliegtuig heen te kijken naar het inwendige van het vliegtuig. Probeer jezelf een voorstelling te maken van de binnenkant van het vliegtuig.
Je kunt bijvoorbeeld bij aluminium schaalrompen aan de klinknagelrijen al zien waar spanten, liggers en verstijvers zijn geplaatst. Controleer je bevindingen bij een conservator (museumbeheerder) of vliegtuigtechneut.

3.2 Materialen in de vliegtuigbouw

In de vorige paragraaf is naar voren gekomen dat er verschillende constructie-methoden bestaan om een vliegtuig te kunnen bouwen. Daarbij blijkt al dat de constructies afhankelijk zijn van de materialen die voorhanden zijn. Eén van de eerste materialen die gebruikt worden is bijvoorbeeld hout. Hout was rond de eeuwwisseling ten overvloede beschikbaar en er waren veel ambachtslieden die beschikten over de vaardigheden om hout te bewerken. Aluminium was in die tijd nagenoeg onbekend. Er werd haast geen aluminium geproduceerd. Dat kwam onder andere omdat het vervaardigen van aluminium nogal moeilijk is. Voor het maken van aluminium is bijvoorbeeld veel elektrische energie nodig en dat was aan het begin van de eeuw een probleem.

In de luchtvaart is het belangrijk dat het materiaal licht is en toch sterk. De specifieke sterkte geeft de verhouding weer tussen de sterkte en het soortelijk gewicht van het materiaal. Naar mate de specifieke sterkte groter is, is het materiaal sterker voor het gewicht van het materiaal. Voor luchtvaarttoepassingen worden dan ook met name materialen gebruikt met een hoge specifieke sterkte.

3.2.1 Hout

Hout is een materiaal dat wordt gebruikt zolang er vliegtuigen worden gebouwd. Hout heeft het voordeel dat het goed te bewerken is, het is licht en taai. Voor luchtvaarttoepassingen wordt vaak sparrenhout gebruikt. Zowel in Noord- als Oost-Europa vind je sparrenbossen. Voor de luchtvaart wordt vaak Noord-Amerikaans sparrenhout gebruikt, dat een betere kwaliteit heeft. Vandaar ook dat sparrenhout in de luchtvaart wordt aangeduidt als spruce, de Amerikaanse naam voor sparrenhout. Spruce is praktisch hetzelfde als het vurehout dat je in iedere doe-het-zelf winkel kunt kopen. Vurehout is hout van de Europese fijne spar.
Spruce wordt veel gebruikt voor liggers, stijlen en verstijvers van verspannen en bespannen rompen en draagvlakken. Een andere houtsoort die wordt gebruikt om liggers etc. van te maken is essenhout.

Hout wordt ook gelamineerd toegepast. Een laminaat is een opeenstapeling van dunne plakjes materiaal die aan elkaar zijn gelijmd. In de houtindustrie wordt dit vaak aangeduid als triplex (drie lagen) of multiplex (meer dan drie lagen). Gelamineerde platen worden gebruikt als indekking van houten schaalrompen en voor het bekleden van houten vleugels. Gebruikelijke laminaatdiktes zijn 1 tot 2 mm. Voor het bekleden van schaalrompen en vleugels wordt voornamelijk mahonie gebruikt. Een recent aerobatics vliegtuig, de CAP Mudry 210, heeft een met mahonie triplex ingedekte vleugel.
Hout wordt op dit moment nog veel gebruikt in zelfbouwvliegtuigen. Dit natuurlijk omdat hout uiterst aangenaam te verwerken is en dat op een eenvoudige wijze kan worden gelijmd.

3.2.2 Aluminium

Aluminium is een metaalsoort met een laag soortelijk gewicht. Gelegeerd is aluminium tot zeer goede sterkte-eigenschappen in staat.
Het begin van de eigenlijke aluminiumproductie dateert uit de jaren 1885-1886, toen Héroult in Frankrijk en Hall in Amerika onafhankelijk van elkaar patenten aanvroegen, die doorslaggevend werden voor de moderne aluminium-industrie. Van doorslaggevende betekenis was de uitvinding van de dynamo in 1866 door Siemens, waardoor men over de nodige hoeveelheden elektrische energie kon beschikken voor de technische bereiding van aluminium.

Als gevolg van de uitvinding van het duraluminium in 1906 door Alfred Wilm, is aluminium als constructiemateriaal een eerste plaats gaan innemen, aanvankelijk in de bouw van luchtschepen, doch ook al spoedig voor de bouw van vliegtuigen. Dit duraluminium is een legering van aluminium met 4-6% koper en een geringe hoeveelheid magnesium. Door middel van een bepaalde warmtebehandeling krijgt duraluminium zijn sterkte-eigenschappen die overeenkomen met die van zacht staal. Tegenwoordig maakt men aluminiumlegeringen waarvan de sterktecijfers nog weer hoger liggen.

Om tot een lonende winning te komen, komen alleen die grondstoffen voor aluminiumbereiding in aanmerking, die minstens 50-60% aluminiumoxide bevatten. De beste grondstof in dit opzicht is het mineraal Bauxiet, genoemd naar de eerste vindplaats Les Baux in Frankrijk. Verder wordt Bauxiet gevonden in Suriname, India, Italië, Ierland en de vroegere Sovjet Unie. Het erts Bauxiet wordt gevonden in de vorm van kleine steentjes met een kleur van oranje tot donker rood.

Aluminium is een materiaal dat zich goed laat knippen en verspanen. Zo laat aluminium zich goed boren en verzagen en kan aluminium ook goed worden bewerkt op een draaibank of freesmachine. Het is ook goed mogelijk om aluminium te buigen of te vervormen (bijvoorbeeld door strekken, dieptrekken of rubberpersen).
Het is ook mogelijk om aluminium te solderen of te lassen, maar dit zijn moeizame verbindingen die in de luchtvaart alleen op kleine schaal voorkomen. Over het algemeen worden aluminium platen met behulp van klinknagels of lijm verbonden.
Voor verschillende toepassingen bestaan verschillende aluminiumlegeringen. Sommige aluminiumlegeringen zijn bijvoorbeeld heel goed in staat om trekkrachten op te nemen, terwijl andere legeringen zeer goed bestand zijn tegen vermoeiing. Er bestaan ook legeringen die zich prettig laten gieten. Dit zijn zogenaamde gietlegeringen.
Naast aluminium worden ook ander lichte metalen in de vliegtuigbouw toegepast. Naast aluminium wordt vooral nog magnesium gebruikt voor gietstukken en beslagen van geringe sterkte.

3.2.3 Staal

Op beperkte schaal wordt staal in de luchtvaart gebruikt, met name voor zeer zwaar belaste delen als motorophangingen en vleugel-rompverbindingen bij grote vliegtuigen.

Het ijzer en staal, zoals dit in de handel is, wordt verkregen uit ijzererts. In gedegen vorm wordt ijzer niet in de aarde gevonden. Nadat het ruwijzer is onttrokken aan de ijzererts, wordt voor luchtvaarttoepassingen het ijzer bewerkt tot staal.
Het koolstofgehalte van het ruwijzer varieert tussen de 3-6% waardoor de mechanische eigenschappen zeer nadelig zijn voor constructie- en gereedschap-staal. Het staal ontleent zijn gunstige mechanische eigenschappen aan het betrekkelijk lage koolstofpercentage t.o.v. ruwijzer; dit percentage varieert nl. tussen de 0,1-0,7%. Zeer zuiver staal werd voor het eerst vervaardigd door de American Rolling Mill Cie, dit bevat 99,98% ijzer. De fabricage van staal is in principe de ontkoling van ruwijzer. Hierbij wordt het ruwijzer geheel of gedeeltelijk ontkoold; eventueel wordt daarna de gewenste hoeveelheid zuurstof toegevoegd.

Om staal de gewenste sterkte-eigenschappen te geven is ook hier de warmtebehandeling van groot belang. Daarnaast kan staal worden gelegeerd met chroom, nikkel, molybdeen, vanadium of wolfraam, om de gewenste mechanische eigenschappen te verkrijgen.

3.2.4 Speciale metalen

Andere metalen die in de luchtvaart worden gebruikt en die niet eerder werden genoemd zijn bijvoorbeeld nikkel en titanium. Nikkel en titanium zijn materialen die een uitstekende warmte-bestendigheid hebben. Dit zijn materialen die met name in gasturbines in de hetere delen worden gebruikt. Daarnaast wordt titanium nogal eens gebruikt op andere delen van vliegtuigen die aan hoge temperaturen bloot staan (denk aan de vleugels van supersonische vliegtuigen). Daarnaast is titanium een sterk metaal waardoor titanium ook wordt toegepast in zwaar belaste delen. Doordat titanium superelastisch kan worden vervormd, kunnen zwaar belaste onderdelen relatief licht worden geconstrueerd (recent zijn experimenten gedaan met superplastisch gevormde, hoogbelaste titanium spanten voor de Dassault Rafale).

3.2.5 Kunststoffen

In de constructies van vliegtuigen wordt in toenemende mate gebruik gemaakt van kunststoffen (zie figuur 20). Steeds vaker en in steeds grotere hoeveelheden worden deze materialen toegepast.
Voor structurele delen worden in de luchtvaart uitsluitend composietmaterialen toegepast. Composietmaterialen bestaan uit een tweetal ingrediënten: vezels en een hars. Vandaar dat composietmaterialen ook wel worden aangeduid als vezelversterkte kunststoffen.
In de vijftiger jaren ontdekte chemici dat zeer sterke vezels konden worden geproduceerd. Deze vezels zijn uitstekend in staat om trekkrachten op te nemen, maar geen andere belastingen. Bovendien was één enkele vezel erg kwetsbaar. Daartoe werden de vezels ingegoten in een hars. Deze hars waar de vezels in liggen, wordt de matrix genoemd. Bekende harsen zijn epoxy en polyester.
De vezels worden soms in rechte banen in de hars gelegd. De vezels liggen dan allemaal in dezelfde richting. Er wordt dan gesproken van een unidirectioneel materiaal. Het materiaal heeft alleen sterkte in de vezelrichting van het composietmateriaal.
Figuur 20: Toenemend gebruik van composietmaterialen. De Beechcraft Starship heeft een composieten romp en vleugel.
Het kan ook zo zijn dat de vezels zijn geweven. Er wordt dan gesproken over een omnidirectioneel materiaal. De vezelversterkte kunststof heeft dan in meerdere richtingen vergelijkbare sterkte-eigenschappen. De bekendste vezelsoort is waarschijnlijk de glasvezel (erg goedkoop). Een andere veel voorkomende vezel is aramide (of kevlar genaamd). Er bestaan ook vezels uit koolstof (zeer sterk).
De glasvezels zijn te herkennen aan de witte kleur. De aramide vezels zijn geel van kleur en koolstofvezels zijn gitzwart.

Door de hoge specifieke sterkte zijn de vezelversterkte kunststoffen erg in trek bij vliegtuigbouwers. Een blijvende zorg is de hoge prijs van de materialen.

  Speltip 10: Stel je eigen verzameling luchtvaartmaterialen samen
  Hoewel het helemaal niet eenvoudig lijkt is het toch goed mogelijk. Probeer met wat regelwerk je eigen verzameling van vliegtuigmaterialen samen te stellen. Je kunt misschien ruilen met andere luchtvaartenthousiasten, een ruilbeurs of luchtvaartbeurs bezoeken (hier tref je regelmatig koopjes), een museum aanschrijven of een luchtvaartmaatschappij aanschrijven met een verzoekje.

  Speltip 11: Bekijk een vliegtuig van dichtbij II
  Bezoek een plek waar je van dichtbij naar vliegtuigen kunt kijken. Kijk aandachtig naar de vliegtuigen en probeer te achterhalen uit welke materialen het vliegtuig is gebouwd. Bedenk waarom de vliegtuigen juist met deze materialen is gebouwd. Controleer je antwoorden door over je bevindingen te spreken met een luchtvaarttechneut of kenner.

  Speltip 12: Materiaaleigenschappen-quiz
  In hoofdstuk 2 zijn een achttal materiaaleigenschappen genoemd. Leg de materiaaleigenschappen uit. In hoofdstuk 3 worden materialen die in de luchtvaart worden gebruikt nader beschouwd. Vertel hier iets over.
Vraag vervolgens of de scouts per bemanning kenmerkende materialen kunnen bedenken bij de materiaaleigenschappen. Bijvoorbeeld: bros - krijtje (- kalk).

3.3 Ontwerp en veiligheid

Om de sterkte van het vliegtuig te garanderen bestaan er twee ontwerpmogelijkheden. De eerste is de fail-safe methode (fail-safe wil zeggen 'faal-bestendig'). Hierbij wordt een vliegtuig of vliegtuigonderdeel zo ontworpen, dat wanneer het breekt, de krachten worden opgenomen door andere onderdelen. Een goed voorbeeld is bijvoorbeeld de vleugel van de Lockheed F-104 Starfighter. Deze vleugel heeft zeven vleugelliggers. Mocht er nu een ligger kapot gaan (omdat het een oorlogsvliegtuig is zal het wel kapot gaan doordat erop geschoten wordt), dan kunnen de overige zes liggers de taak van 'Nummer Zeven' overnemen.
Veel militaire vliegtuigen hebben een fail-safe constructie. Fail-safe constructies vind je ook bij moeilijk te inspecteren en onderhouden onderdelen.

Een andere ontwerpgedachte is die van het safe-life principe. Bij dit soort ontwerpen geeft de fabrikant op hoelang het onderdeel kan blijven voldoen aan de taak waarvoor het is gemaakt. Deze periode wordt uitgedrukt in uren voor bijvoorbeeld zuigermotoren en kleine vliegtuigjes. Voor vliegtuigen met een drukcabine en voor straalmotoren wordt de bedrijfszekerheid uitgedrukt in cycles. Een cycle is een volledige vlucht, inclusief het opstijgen, landen en taxiën.
Bijvoorbeeld bij de meeste vliegtuigen zit de motor met een stelletje bouten vast aan de romp of vleugel. Wanneer deze bouten bezwijken, dondert de motor van het vliegtuig af. Daarom moeten deze bouten periodiek worden geïnspecteerd en vervangen. De vliegtuigfabrikant geeft op om de hoeveel tijd de bouten moeten worden geïnspecteerd of vervangen. Dit wordt aangegeven als het 'Mean Time Between Overhaul' (-MTBO) . Het MTBO geeft dan het aantal uren aan wanneer de onderdelen moeten worden geïnspecteerd of vervangen. Veel boutverbindingen en vliegtuigsystemen (denk aan brandstof-pompen enzo) hebben een safe-life garantie, maar geen faal-bestendigheid.

  Proef 13: Bepaal de veiligheidsbenadering van vliegtuigdelen
  nodig: opengewerkte plaatjes van vliegtuigen.
  Bij vliegtuigen worden twee veiligheidsbenaderingen toegepast; het fail-safe principe (het vliegtuigonderdeel is faal-bestendig) of de safe-life benadering (garantie op een veilige levensduur van het onderdeel).
Ga na aan de hand van de opengewerkte plaatjes wat in de vliegtuigen safe-life en wat fail-safe onderdelen zijn. Kun je ook uitleggen waarom je voor de ene of de andere benadering kiest?

4 HEDENDAAGSE VLIEGTUIGEN NADER BESCHOUWD

4.1 De constructies in de praktijk

Vliegtuigen hebben een geheel eigen constructie in vergelijking tot auto's, treinen en bruggen. De reden hiervoor is dat vliegtuigen licht moeten zijn. Het gebruik van verschillende constructievormen is in eerdere hoofdstukken al aan de orde geweest. In dit hoofdstuk zal worden gekeken hoe de meest gebruikelijke constructievorm in de praktijk gestalte krijgt. Aan de hand van een tweetal voorbeelden wordt de aluminium semi-monocoque constructie nader beschouwd. De reden om deze constructievorm nader toe te lichten is voor de hand liggend. Alle op dit moment gangbare vliegtuigen zijn via dit principe gebouwd. Hoewel er ook vliegtuigen worden gebouwd volgens andere constructieprincipes en hoewel het gebruik van kunststoffen in de luchtvaart steeds omvangrijkere vormen aanneemt, blijkt op dit moment de aluminium verstevigde dragende huid constructie een zeer gangbare bouwwijze.
In het eerste voorbeeld wordt gekeken naar de Beagle Pup. De Beagle Pup is een ouder sportvliegtuigje met dubbele besturing en vier zitplaatsen. De Pup werd net na de tweede wereldoorlog ontwikkeld. De constructie is dan ook conservatief maar illustreert het principe van de semi-monocoque constructie op goede wijze.
In het tweede voorbeeld zal worden gekeken naar de Fokker 70. De reden hiervoor is als volgt. De constructie van dit verkeersvliegtuig is vrij conservatief. Aan de Fokker 70 gingen immers de Fokker 100 en de F.28 vooraf, waarmee het ontwerp ongeveer 30 jaar geleden (1967) het eerste licht zag. Constructief is er in die tijd niet veel veranderd. De Fokker 70 is een vliegtuig met een aluminium semi-monocoque romp en een ribben vleugel met twee hoofdliggers.

4.2 De constructie van een sportvliegtuig

4.2.1 De vleugel

De vleugel van de Beagle Pup (zie figuur 21) is voorzien van één ligger met een I-vormige doorsnede. De ligger bestaat uit een lijfplaat gemaakt van aluminium plaatmateriaal. Hierop zijn vervolgens aluminium gordingen geklonken. Daarnaast bestaat de vleugelconstructie uit ribben. De belangrijkste ribben zijn uit aluminium plaat gemaakt, aan de zijkanten omgezet en voorzien van verlichtingsgaten. De minder belangrijke ribben bestaan uitsluitend uit hoekvormige profielen die de vleugelhuid verstijven. De vleugelhuid bestaat uit drie delen. Twee stroken, één aan de onderzijde en één aan de bovenzijde van de vleugel, lopen vanaf de hoofdligger naar achteren tot aan de flaps en rolroeren. De voorzijde van de vleugel is ingedekt met één huidplaat die om de voorzijde van de vleugel heen gebogen is. De voorzijde van de vleugelneus is niet extra versterkt maar moet zijn sterkte tegen vogelaanvaringen en hagelstenen hebben van de lage vliegsnelheid en de bolling aan de voorzijde.
De vleugelbelastingen als buiging en torsie worden voornamelijk gedragen door de doosvorm die de vleugelconstructie vanaf de neuszijde tot aan de hoofdligger vormt.
De twee vleugelhelften zijn ieder met een drietal bouten aan de romp bevestigd zodat kleinere mallen nodig zijn om de vleugel te bouwen en het transport van de vleugels en de romp vereenvoudigd wordt. Daarnaast kunnen de vleugels in geval van schade makkelijk worden gedemonteerd en eventueel worden vervangen zonder al te veel problemen.

Figuur 21: Een opengewerkte tekening van de Beagle Pup

4.2.2 De romp

De romp van de Pup is van het semi-monocoque type. De aluminium romp is opgebouwd rondom een aantal spanten. De spanten staan op een onderlinge afstand van ongeveer 50 tot 90 centimeter en zijn gemaakt van aluminium. Het voorste spant dat net achter de motor zit is gesloten door een plaat aluminium. Deze plaat moet er in geval van brand aan de motor voor zorgen dat de brand de cabine niet kan bereiken. Zo een plaat heet dan ook een brandschot. Doordat het brandschot toch al een vrij stevig geheel is, is de neuswielpoot hieraan bevestigd. Door het combineren van taken kan gewicht worden uitgespaard.
Over de spanten zijn langsverstijvers geplaatst die de romphuid tussen de spanten extra stevigheid geven tegen vervormingen. Over het geheel aan spanten en langsverstijvers wordt de aluminium romphuid geklonken. Op deze manier ontstaat een lichte en stevige constructie met veel binnenruimte. De cabine van het vliegtuig is aan de onderzijde versterkt met een aluminium koker die tussen de stoelen van de vliegers doorloopt. Deze koker heeft twee functies. In de eerste plaats beschermt de koker de stuurkabels die vanaf het brandschot naar de staart van het vliegtuig lopen. Daarnaast geeft deze koker ook sterkte bij buiklandingen en zorgt ervoor dat in dat geval de cabine min of meer heel blijft. Dit komt doordat de stevige koker zich als een schaats zal gedragen, waarover het vliegtuig kan glijden. Onder de achterste stoelen is eveneens een soort van doosconstructie gebouwd. Deze doosconstructie moet zijwaartse belastingen ter hoogte van de passagiers in het geval van een noodlanding opvangen. Onder de stoelen van de vliegers door loopt een versterkte constructie die de buiglasten van de vleugel op moet vangen. Aan dit constructie-element worden de liggers van de beide vleugelhelften vastgemaakt en worden de hoofdlandingspoten bevestigd.
Het kielvlak van de Pup is één geheel met de romp. Het kielvlak dat één ligger heeft is net als de romp voorzien van een aluminium huid. Merk op dat vlak voor het stabilo een aluminium plaat in de romp is genageld. Deze plaat voorkomt dat het stabilo in het horizontale vlak kan zwabberen.

Het is ook zichtbaar dat het horizontale staartvlak en de stuurvlakken (de rolroeren, richtingroer etc.) op gelijke wijze zijn gebouwd. Alle stuurvlakken hebben een hoofdligger die gelijktijdig de neus vormt van het roervlak. De vlakken zijn eventueel voorzien van enkele ribben. De stuurvlakken zijn volledig uit aluminium gemaakt.

4.3 Een hedendaags verkeersvliegtuig

4.3.1 De vleugel

De vleugel van de Fokker 70 (zie figuur 22) bestaat uit drie delen, een centersectie en twee buitenvleugels. De centersectie is dat deel van de vleugel dat zich onder de romp bevindt. De buitenvleugels zijn de vleugeldelen die aan weerszijden van de romp uitsteken.
De centersectie is een doosvormige constructie die tussen de hoofdliggers van de buitenvleugels ligt. De centersectie dient ervoor om de lasten die ontstaan door het buigen van de vleugel op te nemen en door te leiden. De bovenzijde van deze sectie wordt tijdens het vliegen voornamelijk op druk belast. De onderzijde van dit vleugeldeel krijgt tijdens het vliegen voornamelijk te maken met treklasten. De centersectie voert ook torsielasten die in de buitenvleugels optreden door. Deze doos is één van de zwaarste delen van het vliegtuig. Dat komt doordat dit vleugeldeel heel zwaar belast wordt.

Aan de centersectie zitten met een groot aantal bouten de buitenvleugels bevestigd. Hierdoor kunnen de buitenvleugels bij ernstige schade vervangen worden en hoeft de vleugel tijdens het fabricage-proces niet uit één deel gemaakt te worden, maar kan de vleugel in drie afzonderlijke delen worden gebouwd.
Iedere buitenvleugel is opgebouwd rond een tweetal hoofdliggers. De hoofdliggers lopen taps toe naar de tippen omdat de vleugels aan de tippen toe dunner worden. De liggers hebben een I-vormige doorsnede. De gordingen van de ligger bestaan uit een geëxtrudeerd profiel en de lijfplaat is gemaakt uit plaatmateriaal. Tussen de hoofdliggers is de vleugelhuid dragend. De vleugelhuid van de vleugelbovenzijde is versterkt met verstijvers van het hoedmodel. De verstijvers van de vleugelhuid aan de onderzijde van de vleugel zijn van het Z-type. De huidverstijvers geven de huid in samenwerking met de vleugelribben de nodige stijfheid.

De twee hoofdliggers en de vleugelhuid tussen de hoofdliggers vormen samen de torsiedoos van de vleugel. De torsiedoos neemt de torsielasten en de buiglasten op in de vleugel.
In de vleugel van de Fokker 70 zijn twee typen ribben te herkennen. In de eerste plaats worden in de vleugel vakwerkribben gebruikt. Deze vakwerkribben worden gebruikt in zwaarbelaste vleugeldelen. Daarnaast worden er ook plaatwerkribben gebruikt. Plaatwerkribben zijn ribben die worden gemaakt uit vlakke platen, waarvan de hoeken zijn omgezet en eventueel gaten zijn gemaakt om de ribben lichter te maken (dit zijn zogenaamde verlichtingsgaten). Ribben worden om de 50 tot 70 centimeter van elkaar geplaatst, evenwijdig aan de vliegrichting.
Daar waar grote lasten de vleugel ingeleid moeten worden is een duidelijke versterking van de vleugel te zien. Zo zijn extra verstevigingen aangebracht op de plaatsen waar de flaps zijn opgehangen aan de vleugel en waar het landingsgestel aan de vleugel is bevestigd. Voor de bevestiging van de landingspoten is zelfs een valse ligger nodig. Dit is een ligger die uitsluitend wordt gebruikt om de optredende lasten die het landingsgestel op de vleugel aanbrengt in de vleugel en de romp in te leiden. De voorzijde van de vleugel, de vleugelneus is niet dragend. De sterkte van de vleugelneus wordt bepaald door de inslag van alles wat een vliegtuig zoal kan tegenkomen. Zo moet de vleugelneus vogelaanvaringen kunnen weerstaan en tegen de inslag van hagelstenen bestand zijn.

4.3.2 De romp

De constructie van de romp van de Fokker 70 is semi-monocoque. De romp is opgebouwd uit spanten en langsverstijvers, waar dunne platen aluminium overheen zijn genageld.
Spanten bestaan in twee typen, zo bestaan er vorm- en krachtspanten. Vormspanten zijn uitsluitend bedoeld om de vorm van het vliegtuig te handhaven. De vormspanten zijn dan ook relatief laag belast. Krachtspanten daarentegen dienen ervoor om de zware lasten in de romp in te voeren. De spanten waaraan de vleugel wordt bevestigd zijn krachtspanten. In het geval van de Fokker 70, waarbij de motoren aan de romp zijn bevestigd, zijn de spanten waaraan de motor hangt ook krachtspanten. Spanten worden om de 60 tot 90 centimeter geplaatst, meestal dwars op de vliegrichting. Bij de Fokker 70 valt op dat de spanten achterin de romp schuin naar achteren zijn geplaatst. Dit is gedaan om de geweldige lasten die een T-staart met zich mee brengt netjes in de romp in te leiden.
De langsverstijvers lopen dwars over de spanten en zorgen ervoor dat de romphuid tussen de spanten niet vervormd wanneer de romp wordt belast.

De drukcabine wordt aan de voor- en achterkant afgesloten met een drukschot. Deze schotten, die aan een spant zijn bevestigd, moeten ervoor zorgen dat de overdruk die in de cabine heerst niet kan ontsnappen. Drukschotten worden zwaar belast (groot drukverschil in de kruisvlucht over een groot oppervlak). De spanten waaraan het drukschot is bevestigd zijn dan ook vaak krachtspanten.
Een ander nadeel dat de drukcabine voor de constructie meebrengt is dat er grote belastingen optreden bij gaten in de cabine. Rondom ramen en deuren treden zware belastingen op die moeilijk terug te voeren zijn in de romp. Daarom wordt er naar gestreeft om het aantal ramen en deuren zo klein mogelijk te houden. Ook proberen ontwerpers het oppervlak van ramen en deuren zo klein mogelijk te houden.



De vloer in de cabine rust op balken die in de lengte- en breedterichting van het vliegtuig lopen. De dwarsbalken worden verbonden aan spanten en zijn afgeschoord. Deze balken dragen de uiteindelijke lasten van de vloer. De balken in de lengterichting van het vliegtuig zijn voorzien van rails om de stoelen of lading aan te kunnen bevestigen.

Overigens is het achterste deel van de romp met een boutverbinding aan het voorste deel van de romp bevestigd. De deling net achter het drukschot is uit produktie-overwegingen gemaakt.

4.3.3 De motorophanging

De bevestiging van de motor aan de romp gebeurt met een tweetal armen die verbonden zijn aan twee krachtspanten. Deze armen dragen als het ware de motor. Aan de voorzijde van de motor is de motor met twee bouten bevestigd aan de arm, achter aan de motor is de motor bevestigd met één bout. Tussen de voorste en de achterste arm is een raamwerk van balken geplaatst dat de motortrekkracht opvangt.
Om te voorkomen dat bij brand in de motor de brand overslaat naar de romp is tussen de motor en de romp een metalen plaat geplaatst die de brand tegen moet houden.

4.3.4 De staart

De Fokker 70 is uitgerust met een T-staart. Deze staart is nodig omdat de plaats van de motoren een conventionele staart niet toelaat. Constructief gezien is de T-staart zwaar vergeleken bij een conventionele staart. De reden hiervoor is dat het kielvlak niet alleen een aerodynamische belasting kent van het kielvlak zelf, maar ook het stabilo en het hoogteroer moet dragen.
Het kielvlak van de Fokker 70 heeft dan ook vier liggers, waarvan er drie dragend zijn (de voorste drie). Het kielvlak is voorts voorzien van een aantal ribben en is ingedekt met een huid van sandwichconstructie; aluminium platen gelijmd op een honingraat kern. Tesamen vormen de liggers, de ribben en de huid een torsiestijf geheel. De neus van het kielvlak is gemaakt uit aluminium.

Het stabilo bestaat uit twee liggers waartussen ribben zijn geplaatst. Aan de wortelzijde van de stabilohelften ligt een korte hulpligger die wordt gebruikt om de aërodynamische lasten op het stabilo via het draaipunt van het stabilo en het kielvlak door te voeren naar het kielvlak (het stabilo kan zelf ook draaien). Het stabilo is voorzien van aluminium huidplaten die zijn versterkt met hoedverstijvers.
De constructie van het kielvlak en het stabilo is conservatief en vergelijkbaar met de constructie van de vleugel.

4.3.5 De stuurvlakken

De hoogteroeren van de Fokker 70 zijn volgens een aluminium semi-monocoque constructie opgebouwd. De rolroeren, flaps en het richtingroer daarentegen zijn gemaakt uit hoogwaardige kunststoffen, met een sandwichconstructie. De stuurvlakken zijn opgebouwd rond een honingraad kern, waarover een huid is aangebracht van koolstofvezel versterkt composietmateriaal.

  Speltip 14: Bekijk een vliegtuig van dichtbij III
  Loop eens om een vliegtuig heen dat op een platform, dispersal of in een museum staat. Probeer in te schatten wat sterke delen van het vliegtuig zijn en wat minder belaste delen van het vliegtuig zijn.

  Speltip 15: Bekijk een vliegtuig van dichtbij IV
  Wanneer je rond een vliegtuig loopt kun je aan de uiterlijke kenmerken inschatten hoe het vliegtuig er aan de binnenkant uit ziet. Bekijk eens een echt vliegtuig en probeer na te gaan hoe het vliegtuig er aan de binnenkant uit zal zien. Maak eventueel een tekening van je bevindingen. Controleer bij de eigenaar van het vliegtuig (of een museumconservator of een vliegtuigtechneut) of je ideeën juist waren.

  Speltip 16: Bouw een vliegtuigconstructie na.
  Duik de tekening van een vliegtuig op waar je de constructie goed op kan zien. Maak eventueel een werktekening van de constructie. Bouw met de speltak of als astronautenproject de constructie-elementen als de spanten, de langsverstijvers, de liggers en de ribben na. Je kunt eventueel de helft tot driekwart van de huid aanbrengen om een goed beeld te krijgen van de totale constructie.

Trefwoorden
afschuiving Belasting op een materiaal waarbij de atomen worden gedwongen om langs elkaar te verschuiven.
beslag Verbindingsonderdeel; wordt toegepast waar een opeenhoping van krachten plaats vindt. Afhankelijk van de belastingen gemaakt uit plaatmateriaal of integraal gevormd.
buiging Vervormingsmethode van een materiaal.
buigstijfheid Weerstand van een materiaal tegen buiging.
composietmaterialen Sterke vezels, verpakt in een lijmachtige stof (de matrix).
cycle Een volledige vlucht; inclusief het warmdraaien, de start, de klim, de kruisvlucht, de daling, de landing en het taxiën.
dragende huid Zie monocoque constructie.
druk Belasting waarbij de atomen en moleculen in het materiaal met geweld tegen elkaar aan worden gedrukt.
drukcabine Cabine van een vliegtuig waar de druk kunstmatig hoog gehouden wordt, zodat de inzittenden niet blootgesteld hoeven te worden aan de luchtdruk buiten. Noodzakelijk bij vlieghoogten boven de 3000 m.
drukschot Gesloten spant die een drukcabine afsluit van de buitenwereld.
elasticiteit De mate waarin een materiaal vervormt, rekt, onder een gegeven belasting. Staal is niet elastisch, elastiek is zeer elastisch (veel rek bij een kleine belasting).
fail-safe Faal- of bezwijkbestendig. Ontwerp-benadering waarbij een constructieonderdeel zodanig wordt ontworpen dat in geval van falen de taken door andere elementen kunnen worden overgenomen.
geëxtrudeerd profiel Profiel gemaakt door extrusie. Extrusie is het door een kleine opening persen van een warm metaal, waarbij een lange staaf ontstaat met een willekeurige doorsnede.
geodetische constructie Constructievorm waarbij de constructie-elementen lopen langs de buitenzijde van de constructie en de elementen een web van vierkanten vormen.
gording De boven- en onderzijde van een I- en H-vormige balk.
kruip Blijvende rek die onstaat door een langdurige belasting bij hoge temperatuur.
lijfplaat Versteviging ingesloten tussen de gordingen van een I- of H-vormige balk. Zie gordingen.
langsverstijver Lichte balk, in de lengterichting van de romp lopend, die de romphuid tussen de spanten in stijfheid geeft.
mean time between overhaul Tijdsinterval tussen twee onderhoudsbeurten.
moment Tweetal krachten van gelijke grootte maar met tegengestelde richting die een draaiende kracht uitoefenen.
monocoque constructie Constructievorm waarbij de krachten door de huid worden gedragen. Hierdoor is een inwendig geraamte onnodig.
ondersteuningskracht Een kracht die een voorwerp steunt. Een kracht die ontstaat in een punt waar een voorwerp wordt vastgehouden; zodanig dat het voorwerp niet beweegt maar is gefixeerd. ofwel: Een reactiekracht die voorkomt dat een voorwerp onder de gegeven belastingen verplaatst of beweegt.
rek Verlenging of verkorting van een voorwerp onder invloed van een belasting. De rek wordt uitgedrukt in een percentage van de oorspronkelijke lengte. Voorbeeld: lengte van een staaf in onbelaste toestand is 50 cm. Belast is de lengte 50,2 cm. Het verschil is dan 0,2 cm.
De rek is dan 0,2/50 = 0,004 = 0,4 %.
safe-life Levensduur van een vliegtuigonderdeel waarbinnen een goed functioneren van het onderdeel kan worden gegarandeerd.
sandwichconstructie Constructie waarbij twee huidplaten op een lichtgewicht kern zijn gelijmd. Levert bijzonder stijve platen.
schaalconstructie Zie monocoque constructie.
schuif Zie afschuiving.
semi-monocoque Dragende huidconstructie waarbij de huidplaten zijn verstevigd met spanten, ribben en langsverstijvers tegen plooiing en knikbelastingen.
sterkte De mogelijkheid van een materiaal om een kracht te weerstaan.
superelastisch Eigenschap van een materiaal dat extreme vervormingen toestaat voor te scheuren of te breken.
spanlak Lak voor het luchtdicht afwerken van linnen bespanningen. Spanlak trekt de bekleding ook strak, doordat het krimpt tijdens het droogproces.
spanning Belasting (in Newtons) per oppervlakte (in vierkante meters). B.v. trekspanning ontstaat onder een trekbelasting.
spant Verstijvend element in de romp, loodrecht op de vliegrichting.
specifieke sterkte Verhouding tussen de sterkte en het soortelijk gewicht van een materiaal. Naarmate de specifieke sterkte groter is, is het materiaal sterker voor het gewicht van het materiaal. Voor luchtvaarttoepassingen gebruikt men materialen met een hoge specifieks sterkte.
spruce Sparrenhout; veel gebruikte term in de luchtvaart, ookwel vurehout.
torsie Belasting waarbij een constructie-element met een draaiende beweging wordt belast.
trek Belasting waarbij de atomen in een constructie-element met geweld van elkaar af worden getrokken.
trekproef Proef waarbij een staaf uit elkaar wordt getrokken. Tijdens de proef wordt een rek-trekdiagram opgesteld.
vakwerkconstructie Constructie bestaande uit metalen buizen waarbij alle delen zowel op druk als op trek kunnen worden belast.
verdeelde belasting Een belasting die niet in een punt maar over een grotere lengte of over een oppervlakte wordt aangebracht.
vermoeiing Bezwijkvorm als gevolg van wisselende belastingen.
vervorming Verandering van de vorm van een constructie-element onder invloed van een belasting.
verspanen Mechanische bewerking van materialen waarbij spaanders vrij komen (b.v. boren en zagen).
zwaartekracht Kracht die ontstaat doordat de aarde voorwerpen in haar nabijheid aantrekt.