Hoe een vliegtuig werkt · Hoofdstuk 02
Een vleugel werkt alleen zolang er lucht overheen stroomt, dus moet iets het vliegtuig naar voren blijven trekken, tegen de weerstand in. Elke vliegtuigmotor die ooit gebouwd is, lost dat op dezelfde manier op: grijp iets, gooi het naar achteren, en leun op de reactiekracht. De hele familie — propeller, straalmotor, raket — komt neer op wát je weggooit en hóe snel.
· EÉN IDEE
Stuwkracht is de massa die je per seconde naar achteren gooit, keer hoeveel sneller ze weggaat dan ze binnenkwam. Met die ene zin heb je het hele hoofdstuk al in handen. Een propeller neemt een enorme hap lucht en geeft die een zacht duwtje naar achteren. Een straalmotor neemt een kleinere hap en slingert die weg. Een raket neemt wat hij weggooit zelf mee — een paar ton stuwstof, uitgestoten met kilometers per seconde — en is de atmosfeer dus helemaal niets verschuldigd.
LEESBinnenin een turbofanDe doorsnedetekening met bijschriften — in één machine een enorme zachte worp én een kleine keiharde.ONTHOUD DITStuwkracht = massa per seconde × extra snelheid. Elke vliegtuigmotor verdeelt dat product gewoon anders.
· DE PROPELLER
Lucht versnellen kost energie, en hoe ruwer je het doet, hoe meer je verspilt: de wervelingen en de windvlaag die achter het vliegtuig achterblijven, zijn energie die je hebt betaald en hebt laten liggen. De zachtste worp wint dus op brandstof, en bij lage snelheid is niets zachter dan een propeller: draaiende vleugels (weer hoofdstuk 1, maar dan rondgedraaid) die een luchtkolom zo groot als een huis een klein beetje sneller maken. Zijn zwakte is de snelheid zelf: naarmate het vliegtuig de snelheid van zijn eigen weggegooide lucht nadert, wordt de duw zwakker, en ergens voorbij 600–700 km/h gaat de ruil niet meer op — een propeller kan sneller worden gedwongen, maar alleen tegen een oorverdovende, brandstofvretende prijs.
DEMODe schroefturbineEen straalmotor die een propeller ronddraait — het beste van twee werelden, tot op zekere hoogte.ONTHOUD DITHoe zachter de worp, hoe minder energie je verspilt — op brandstof is de propeller onverslaanbaar, tot de snelheid hem inhaalt.
· DE STRAALMOTOR
De straalmotor doorloopt hetzelfde verhaal als de zuigermotor — samenpersen, verbranden, uitzetten — maar dan continu: een compressor perst de lucht samen, de brandstof brandt daarin zonder onderbreking, en de hete stroom drijft de turbine aan die op haar beurt de compressor laat draaien, voordat alles er aan de achterkant uitschiet. Geen heen-en-weergaande onderdelen, een kolossaal vermogen per kilogram, en geen snelheidslimiet die ook maar in de buurt komt van die van de propeller. De moderne lijnvliegtuigmotor — de turbofan — is het elegante compromis: een kleine, felle straalmotorkern die een grote, beleefde fan ronddraait, zodat het grootste deel van de lucht de propellerbehandeling krijgt terwijl de kern voor de spierkracht zorgt.
ONTHOUD DITPersen, verbranden, blazen — continu. De turbofan wikkelt een propellerachtige fan om een straalmotorkern.
· DE RAKET
Vleugels hebben lucht nodig, straalmotoren hebben lucht nodig — een raket heeft niets nodig dan zijn eigen tanks. Omdat hij zowel brandstof als de zuurstof om die te verbranden meesjouwt, werkt een raket in de stratosfeer, in de ruimte, overal — en levert hij stuwkracht die volledig buiten verhouding staat tot zijn formaat. De prijs staat in zijn eigen wiskunde geschreven: elke seconde branden kost stuwstof die de raket eerst zelf omhoog moest tillen — een probleem van rente op rente, waardoor een omloopbaan een van de lastigste deals in de techniek is.
DEMOHet raketlabLaat een echte trap branden tegen de raketvergelijking.ONTHOUD DITDe raket is de atmosfeer niets verschuldigd — en betaalt daarvoor door elke gram van zijn eigen worp zelf omhoog te tillen.
VOOR DE ZELFTOETS