Op de site van het Technisch Weekblad verscheen op 11 maart 2025 een artikel dat als volgt begint:
“Het Amerikaanse bedrijf REGENT Craft heeft een belangrijke mijlpaal bereikt. Hun nieuwste model, de Viceroy, heeft onlangs met succes zijn eerste tests op het water doorstaan. Dit futuristische voertuig is een mix tussen een boot, een vliegtuig en een hydrofoil."
Over de Viceroy staan op internet een paar illustratieve filmpjes. Het bekijken waard, maar niet noodzakelijk om de vragen hieronder te beantwoorden, zie bijvoorbeeld onderstaande twee filmpjes:
Grootste elektrische vliegmachine ter wereld
Met een lengte van 16,75 meter en een spanwijdte van 19,8 meter is de Viceroy de grootste elektrische vliegmachine ooit gebouwd. Dit futuristische voertuig kan 12 passagiers en twee bemanningsleden vervoeren, of tot 1.600 kg aan vracht.
Dit alles is mogelijk over een afstand van 300 km met een snelheid van 300 km/u. Het ontwerp maakt gebruik van het zogenaamde “wing-in-ground-effect” (WIG), waarbij het voertuig vlak boven het wateroppervlak zweeft met minimale luchtweerstand.
Elektrisch vliegen over water
"De Viceroy functioneert in drie verschillende modi: drijvend op de romp, foilend boven de golven via hydrofoils en uiteindelijk vliegend net boven het wateroppervlak. Dit maakt het een efficiënt alternatief voor conventionele veerboten en vliegtuigen, met als bijkomend voordeel dat het volledig elektrisch aangedreven is.”
Tot zover het citaat uit het artikel.
De motoren van de Viceroy leveren gezamenlijk een vermogen van 120 kW. De maximale massa van vliegtuig met lading is 6,8 ton.
a) Bereken de luchtweerstandskracht bij de gegeven snelheid.
Er geldt: P = F v. Met P het motorvermogen en F de voorwaartse kracht geeft dit 120 . 103 = F · (300/3,6). Dit levert F = 1,44 . 103 N. Bij de constante snelheid is deze kracht gelijk aan de wrijvingskracht.
b) Bereken de energie die in de batterijen minimaal opgeslagen moet zijn voor een vlucht van 300 km.
Over de vlucht doet het vliegtuig één uur (300 km met 300 km/h).
Er geldt E = P t. Invullen levert E = 120 . 1 = 120 kWh.
c) Zoek op internet op hoeveel energie er opgeslagen kan worden in de accu’s van een populaire elektrische auto. Vergelijk dit antwoord met jouw antwoord op B.
Opzoeken levert voor de Ioniq 6: E = 70 kWh. Dus het vliegtuig heeft een ongeveer tweemaal zo grote batterij als een elektrische auto.
Bij de genoemde snelheid werkt een liftkracht op het vliegtuig.
d) Bereken hoe groot deze liftkracht is.
De liftkracht is gelijk aan de zwaartekracht. Dus voor de Viceroy: Fz = 6,8 . 103 . 9,81 = 66,7 . 103 N.
In de luchtvaart is de ‘L/D ratio’ van belang. Dit is de verhouding tussen de liftkracht (L) en de luchtweerstandskracht (D)
e) Leg uit of een grote L/D ratio gunstig of juist ongunstig is.
Een grote verhouding betekent dat de lift relatief groot is ten opzichte van de luchtweerstand. Dat is dus gunstig.
f) Bereken de verhouding L/D van de Viceroy, uitgaande van de gegevens hierboven.
L/D = 66,7/1,44 = 46.
g) Zoek de L/D ratio van een niet-elektrisch passagiersvliegtuig op.
Voor een Cessna is dit getal 11, Voor een airbus en een Boeing ongeveer 15.
Zie Wikipedia.
De L/D ratio van de Viceroy is veel groter dan van gewone vliegtuigen. Maar de Viceroy is geen gewoon vliegtuig. In het artikel worden twee eigenschappen van het vliegtuig genoemd die zorgen voor de grote L/D-ratio: de hydrofoil en het “wing-in-ground-effect” (WIG).
We gaan deze twee effecten hieronder bekijken, zonder er diep op in te gaan en zonder te rekenen.
Hydrofoil
Naast de grote vleugels heeft de Viceroy onder water ook twee vleugels: hydrofoils, (vleugels onder water). Een hydrofoil lijkt erg op een vliegtuigvleugel. Zie figuur 2.
Eerst kijken we naar de vleugel. De werking van een vliegtuigvleugel kan worden verklaard door wat er gebeurt met de lucht die boven en onder de vleugel langs stroomt.
Je ziet dat de luchtstroom door de vleugel beïnvloed wordt.
h) Wat zal er gebeuren met de druk van lucht die vlak onder langs de vleugel stroomt?
De lucht wordt samengedrukt, dus de druk wordt hoger.
i) Wat zal er gebeuren met de druk van lucht die vlak boven langs de vleugel stroomt?
De lucht heeft boven de vleugel meer ruimte, dus de druk is er lager.
Dit verschil levert de liftkracht op.
De liftwerking bij een hydrofoil is veel sterker dan bij een vleugel.
j) Geef hiervoor de reden.
Water heeft een grotere dichtheid dan lucht, dus er wordt onder de hydrofoil een grotere massa samengedrukt.
Wing-in-ground-effect
Door het wing-in-ground-effect ontstaat er een extra liftkracht als een vliegtuig vlak boven de grond, of in dit geval het water vliegt. Kijk nog eens naar de figuur van de vleugel hierboven.
k) Wat zal er gebeuren met de druk van de lucht onder de vleugel als die zich vlak boven de aarde beweegt?
Die lucht kan niet gemakkelijk wegstromen, waardoor de druk hoger is.
De Viceroy is zo ontworpen dat dit effect groter wordt. Kijk hiervoor naar de foto van de Viceroy aan het begin.
l) Hoe kun je dit zien aan de vorm van de vleugels?
De vleugels buigen halfweg schuin naar beneden, en de uiteinden recht naar beneden.
Aan het begin van de opgave las je al “Het ontwerp maakt gebruik van het zogenaamde “wing-in-ground-effect” (WIG), waarbij het voertuig vlak boven het wateroppervlak zweeft met minimale luchtweerstand.”
m) Ben je het daarmee eens? Hoe zou jij het formuleren?
….waarbij het voertuig vlak boven het wateroppervlak vliegt met maximale liftkracht.
