Opstijgen

Opstijgen is de fase van het vliegen waarin een vliegtuig overgaat van op de grond bewegen naar vliegen in de lucht, meestal op een startbaan. Voor luchtballons, helikopters en sommige speciale VTOL-vliegtuigen is er geen start- en landingsbaan nodig. Opstijgen is het tegenovergestelde van landen.

Kracht

Voor lichte vliegtuigen wordt volle kracht gebruikt tijdens het opstijgen. Verkeersvliegtuigen gebruiken over het algemeen niet hun maximale vermogen om op te stijgen om zo de slijtage van de motor en in mindere mate ook geluidsoverlast te beperken. Vooraf wordt door de vliegers berekend wat het minimaal vereiste vermogen is. Dit is onder andere afhankelijk van het gewicht, de wind, de temperatuur en de lengte van de startbaan. Vóór de start is het, vooral bij vliegtuigen met zuigermotoren, gebruikelijk om de motoren kortdurend op volle kracht te laten draaien om het toestel te controleren op eventuele motorstoringen. Hierna wordt het vliegtuig versneld tot de zogenaamde rotatiesnelheid (Vr). Deze term wordt gebruikt omdat het vliegtuig op die snelheid draait om de hoofdas van het landingsgestel. De neus van het toestel wordt omhoog gebracht tot 5°–20°, waardoor er meer liftkracht wordt verkregen van de vleugels en het vliegtuig opstijgt. Als de neus niet zou worden opgericht zou het toestel pas opstijgen als het zijn kruissnelheid zou hebben bereikt.

Vliegtuigen, die zijn ontwikkeld voor vliegen op hoge snelheid, zoals commerciële straalvliegtuigen hebben moeite genoeg lift te genereren bij de relatief lage snelheden tijdens de start. Daarom zijn er bij deze toestellen aanpassingen (high-lift devices) om de welving van het vleugelprofiel te vergroten om zo voor meer lift te zorgen. Dit zijn onder andere de vleugelneuskleppen, slats in het Engels, en de welvingskleppen (Eng.: flaps). Hierdoor kan het vliegtuig ook bij lagere snelheden voldoende lift verkrijgen om te kunnen opstijgen. De slats en flaps worden tijdens de verdere klim van het vliegtuig weer ingetrokken, omdat ze relatief veel weerstand genereren. Voor dezelfde reden als bij de start worden deze onderdelen ook bij de landing gebruikt. Vlak na het opstijgen trekt men het landingsgestel in ook om de luchtweerstand te verlagen.

Een vleugel genereert lift als er lucht langs stroomt met voldoende snelheid. Daarom wordt de snelheid van een vliegtuig gemeten ten opzichte van de omringende lucht. Bij tegenwind heeft het vliegtuig als het ware al een snelheid, ook al staat het vliegtuig stil (grondsnelheid is nul, luchtsnelheid is de snelheid van de wind). Voor het starten is het voordeliger om tegen de wind in te starten, omdat het vliegtuig dan bij een lagere grondsnelheid begint te vliegen dan met rugwind. Hierdoor is een korte startbaan nodig. Straalvliegtuigen hebben gewoonlijk een luchtsnelheid nodig van 130-155 knopen (250-290 km/h); lichtere vliegtuigen zoals de Cessna 150 hebben genoeg aan 55 knopen (100 km/h), terwijl ultralights met een nog lagere snelheid af kunnen. Toestellen gebouwd voor korte start- en landingsbanen ("STOL") kunnen opstijgen met een aangewezen luchtsnelheid van 40 knopen, 74 km/h en bij voldoende tegenwind zelfs verticaal opstijgen.

Straaljagers die opstijgen van een vliegdekschip hebben een katapult nodig die hen helpt de vereiste startsnelheid te bereiken.

Benodigde snelheid

De snelheid die nodig is voor opstijgen is afhankelijk van factoren als de dichtheid van de lucht, de totale massa van het vliegtuig en de configuratie van het vliegtuig (flaps en/of slats wel of niet in gebruik). De dichtheid van de lucht is weer afhankelijk van factoren als hoogte van het vliegveld en luchttemperatuur. De relatie tussen temperatuur, hoogte en luchtdichtheid kan worden uitgedrukt in altitude density, namelijk de hoogte waarop de luchtdichtheid voorkomt die gelijk is aan de bestaande luchtdruk. Men kan deze berekenen via een tabel afgeleid van de standaardatmosfeer. Het kan dus voorkomen dat er rond het toestel een lagere luchtdichtheid heerst die normaal gesproken bij een grotere hoogte hoort en die daardoor zorgt voor bijvoorbeeld een lagere lift van de vleugels.

De piloten van grote toestellen met meer motoren bepalen vooraf de decision speed (V1) die bepaalt welke actie er nodig is bij een motoruitval. Deze snelheid wordt onder andere bepaald door bovenstaande factoren maar ook door bijvoorbeeld de lengte van de startbaan en andere bijzondere omstandigheden zoals obstakels aan het einde van de startbaan. Onder de V1 wordt de start afgebroken, daarboven wordt bij problemen wél opgestegen maar keert het vliegtuig terug voor een landing. Nadat de niet sturende piloot eerst V1 heeft genoemd, noemt hij of zij de Vr of zegt “rotate” om aan te geven dat de rotatiesnelheid is bereikt waarop het toestel kan roteren dus de neus omhoog kan laten gaan. Bij transportvliegtuigen wordt de Vr zo berekend dat het toestel 3 seconden na de rotatie in de juiste positie en op de juiste startsnelheid is om op te kunnen stijgen. Op dat moment noemt de copiloot de V2, de veilige klimsnelheid, waarna het de bedoeling is dat het toestel deze snelheid handhaaft om de beste klimsnelheid te bereiken.

Bij toestellen met één of lichte toestellen met 2 motoren wordt door de piloot bepaald hoeveel meter startbaan er nodig is om op te stijgen en eventuele obstakels te vermijden om er zeker van te zijn dat de startbaan lang genoeg is. Er wordt vaak een veiligheidsmarge ingebouwd om, in geval van nood, de start te kunnen afbreken en nog te kunnen stoppen op de startbaan. Bij dit soort vliegtuigen is het bij uitvallen van een motor uiteindelijk verstandiger de start af te breken en zelfs door te rijden aan het eind van de startbaan dan op te stijgen terwijl er niet genoeg motorvermogen aanwezig is om in de lucht te blijven.

Als er aan het eind van de startbaan een obstakel moet worden vermeden gebruikt de piloot de snelheid met de maximale stijgingshoek, de Vx, die ervoor zorgt dat er zoveel mogelijk hoogte wordt gewonnen per horizontale afstand. Als er geen obstakel is of nadat het obstakel is gepasseerd kan de Vy gebruikt worden, de beste klimsnelheid, waarbij er zoveel mogelijk wordt geklommen per tijdseenheid. Normaal gesproken is de Vx kleiner dan de Vy maar vereist wel een grotere hoek met de neus omhoog (pitch angle).

Zweefvliegtuigen

Zweefvliegtuigen hebben andere manieren van opstijgen: meestal wordt er een lier gebruikt of wordt het toestel op gang getrokken door een ander (meestal lichtgewicht) vliegtuig.