Bekijk onze virtuele lab tour video

Duurzame Luchtvaart

Minder vliegen moet. Vliegen klimaatneutraal maken ook. 

Klimaatverandering is onze realiteit. En hoewel de luchtvaart veel bijdraagt aan welzijn en welvaart van mensen over de hele wereld, draagt het bij aan deze klimaatverandering. Zo vaak en zo ver vliegen als we nu doen: dat is simpelweg niet meer houdbaar. We moeten met ons allen veel bewuster kiezen. Is het echt nodig om deze reis te maken? Wat is dan de meest milieuvriendelijke manier van vervoer?

Tegelijkertijd is de reële verwachting dat er wereldwijd niet minder, maar juist veel meer mensen gaan vliegen. Dat komt omdat er wereldwijd steeds meer mensen welvarend genoeg zijn om te kunnen reizen. Om die reden moeten we volop inzetten op het zo klimaatneutraal mogelijk maken van de luchtvaart.

Aan de TU Delft zijn we ervan overtuigd dat we met kennis, technologie, innovatie en een nieuwe generatie luchtvaartingenieurs een grote bijdrage kunnen leveren aan een klimaatneutrale luchtvaart in 2050 of eerder. Om de juiste innovaties te ontwikkelen en deze ook snel ingevoerd te krijgen, werken we samen met andere kennisinstellingen en met bedrijven uit onder meer de luchtvaartsector en de maakindustrie. Op deze manier dragen wij eraan bij dat de luchtvaart ook voor toekomstige generaties de wereld kan blijven verbinden.

Henri Werij 
Decaan faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek TU Delft

Bekijk Werij’s intreerede ‘Let’s start the clear sky revolution’.

Hoe werkt de TU Delft aan het verduurzamen van de luchtvaart?

Energiebesparing

We maken vliegtuigen zo zuinig mogelijk. Ons Flying-V vliegtuigontwerp bespaart naar verwachting zo’n 20% aan brandstof door een betere aerodynamica en een lichter gewicht. De SmartX is een energiezuinige vliegtuigvleugel. De vleugel bootst de besturing en vleugelbewegingen van vogels na. Hierdoor wordt het mogelijk het gewicht van vliegtuigen te reduceren. Een ander voorbeeld is de Delft Laminar Hump. Deze innovatie verandert het oppervlak van de vleugel zodanig dat de luchtstroom langer laminair (niet-turbulent) blijft. Hierdoor vermindert de luchtweerstand van het vliegtuig. Maar ook lichtgewicht vliegtuigmaterialen en nieuwe systemen voor Air Traffic Management, zoals een Single European Sky, zodat vliegtuigen altijd de kortst mogelijke afstand kunnen vliegen, kunnen energie besparen.

Duurzame energie

Wij willen de luchtvaart volledig laten draaien op duurzame voortstuwingstechnologieën en een mix van duurzame energie. Zo werken we aan elektrische en elektrisch/hybride vliegtuigen. Maar ook aan de duurzame productie van groene brandstoffen als synthetische kerosine, LNG en waterstof. Door CO2 te gebruiken bij de productie van groene brandstoffen, maken we de luchtvaart CO2-neutraal. Alle oplossingsrichtingen zijn nodig. Duurzame brandstoffen zijn geschikter voor ‘lange-afstandsvluchten’, elektrische vliegtuigen voor kortere routes.

Duurzame operaties

Onderwerpen binnen dit thema variëren van duurzame luchthavens in een gezonde leefomgeving – hieronder vallen ook duurzame grondoperaties, zoals elektrisch taxiën - tot nieuwe systemen voor luchtverkeersleiding en vlootmanagement (zo kan een luchtvaartmaatschappij ervoor kiezen meer te vliegen met elektrische vliegtuigen als ze meer tussenstops kunnen inplannen). Ook meten we het effect van vliegtuigen en nieuwe brandstoffen op de atmosfeer. Hiermee kunnen we bepalen op welke hoogte en via welke routes vliegtuigen het beste kunnen vliegen om klimaatimpact te minimaliseren en om luchtvervuiling en geluidsoverlast te minimaliseren.

Minimaliseren van de milieu-impact van materialen en structuren

Wij werken aan het minimaliseren van de impact van vliegtuig- en ruimtevaartmaterialen en -structuren op onze planeet. Daartoe volgen wij verschillende benaderingen, waaronder ontwerp voor de levenscyclus, ontwikkeling van bio-gebaseerde en bio-afbreekbare materialen voor de luchtvaart- en ruimtevaart, ontwikkeling van energie- en hulpbronnenefficiënte fabricagetechnologieën en van methodes voor hergebruik en recycling. Hiermee willen we de circulaire luchtvaart- en ruimtevaartindustrie van de toekomst realiseren. Dit onderwerp omvat ook duurzaam vliegtuigonderhoud. Conditieafhankelijk onderhoud (‘Condition-Based Maintenance’) bijvoorbeeld - waarbij de gezondheid van het vliegtuig constant wordt gemonitord met sensoren en kunstmatige intelligentie, stelt luchtvaartmaatschappijen in staat componenten te vervangen wanneer ze echt aan het eind van hun levensduur zijn, in plaats van tijdens preventieve inspecties, wat tot minder verspilling leidt.

Projecten

Flying-V - Energiezuinig vliegen op de lange afstanden

SmartX - De energiezuinige vliegtuigvleugel

Samenwerkingen

Met veel partijen hebben we onze krachten gebundeld om een belangrijke bijdrage te leveren aan aan het klimaatneutraal maken van de luchtvaart. Hier is een overzicht van enkele van onze belangrijkste samenwerkingen.

Luchtvaart in Transitie

Clean Aviation

SUSTAINair

QAIMS Lab

APPU

Flying Vision

BAANG

Downloads

Sneller naar koolstofvrije luchtvaart

De route naar een duurzaam luchtvaartsysteem

Factsheet duurzame alteratieven voor kerosine

Nieuws

ERC-subsidie toegekend aan Daniele Ragni voor onderzoek naar het voorspellen van aero-akoestiek

De European Research Council (ERC) heeft aangekondigd dat Daniele Ragni een ERC Consolidator Grant ontvangt voor zijn onderzoek naar geluid veroorzaakt door de interactie van rotoren met onderdelen van vliegtuigrompen. De ERC Consolidator Grant is bedoeld voor onderzoekers met 7 tot 12 jaar postdoctorale ervaring en heeft een looptijd van vijf jaar, waarmee het ruim ondersteuning biedt voor succesvol onderzoek.

Isabell Bagemihl wins the Best Energy Paper 2023

"Techno-economic Assessment of CO2 Electrolysis: How Interdependencies between Model Variables Propagate Across Different Modelling Scales"

Minder contrails door het aanpassen van vlieghoogte van vliegtuigen

Op 30 januari 2024 werd het onderzoek van promovenda Esther Roosenbrand naar contrails en luchtverkeersbeheer gepubliceerd in een artikel van de New Scientist, waarin een eenvoudige maar effectieve operationele oplossing wordt gepresenteerd om de invloed van de luchtvaart op het klimaat te verminderen.

Nieuwe studie onthult doorbraak in potentie van elektrische luchtvaart

Tijdens de luchtvaartconferentie AIAA SciTech Forum presenteerde aerospace start-up Elysian vandaag samen met onderzoekers van de TU Delft een nieuwe gezamenlijke wetenschappelijke studie waarin ze aantonen dat batterij-elektrisch vliegen op veel grotere schaal kan bijdragen aan verduurzaming van de luchtvaart dan tot nu toe gedacht.

Veni-beurs voor ’De interactie tussen stromingen en omstroomde objecten simuleren in computermodellen’

Vijf veelbelovende onderzoekers van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft hebben een Veni-financiering ontvangen van NWO. De financiering, van in totaal 280.000 euro per persoon, stelt de winnaars in staat om hun individuele onderzoeksconcepten de komende drie jaar verder te ontwikkelen. Vandaag stellen we Frits de Prenter aan je voor.

Veni-beurs voor ‘Onthul met laserdiagnostiek de lokale NOx- en flashbackfysica van H2-vlammen

Vijf veelbelovende onderzoekers van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft hebben een Veni-financiering ontvangen van NOW. De financiering, van in totaal 280.000 euro per persoon, stelt de winnaars in staat om hun individuele onderzoeksconcepten de komende drie jaar verder te ontwikkelen. Vandaag stellen we Francesca De Domenico aan je voor.

Veni-beurs voor ’Luister naar de toekomst: duurzame vliegtuigtechnologieën mogelijk maken door de geluidshinder te minimaliseren’

Vijf veelbelovende onderzoekers van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft hebben een Veni-financiering ontvangen van NOW. De financiering, van in totaal 280.000 euro per persoon, stelt de winnaars in staat om hun individuele onderzoeksconcepten de komende drie jaar verder te ontwikkelen. Vandaag stellen we Roberto Merino Martinez aan je voor.

Veni-beurs voor vormveranderende windturbines - een manier om meer energie te produceren in turbulente omgevingen

Vijf veelbelovende onderzoekers van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft hebben een Veni-beurs gekregen van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Deze beurs, van in totaal 280.000 euro voor elke ontvanger, stelt de laureaten in staat om hun individuele onderzoeksconcepten in de loop van de komende drie jaar verder te ontwikkelen. Vandaag stellen we Delphine de Tavernier voor.

Decaan Henri Werij is een van de vijf winnaars van de Clean Aviation High Five Awards

Henri Werij, decaan van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, is een van de vijf winnaars van de Clean Aviation High Five Awards. Dit maakte het onderzoeks- en innovatieprogramma Clean Aviation Joint Undertaking op 20 juni 2023 bekend tijdens een ceremonie op de Paris Air Show.

AeroDelft and KLM Partner to Explore Hydrogen in Aviation

AeroDelft, a student team from Delft University of Technology, and KLM Royal Dutch Airlines have announced a partnership to explore hydrogen in aviation. The partnership will support AeroDelft’s Project Phoenix, focused on researching and developing new technologies that can reduce the aviation industry's environmental impact.

De energietransitie voor de luchtvaart realiseren

In zijn intreerede als hoogleraar ‘Sustainable Aircraft Propulsion’ zal Arvind Gangoli Rao het recht van mensen verdedigen om omhoog te klimmen op de transportladder én uitleggen hoe hij het klimaateffect dat dit veroorzaakt wil verminderen: door de energietransitie in de luchtvaart te realiseren. De inaugurele rede van Gangoli Rao vindt op 31 maart om 15.00 uur plaats in Delft. De rede zal ook live en als opname online beschikbaar zijn.

TU Delft kroont beste klimaat- en energiepublicatie

Een algoritme dat voor een hogere energieopbrengst van windparken zorgt én een onderzoek waaruit blijkt dat niet alleen brandstofverbruik maar ook seizoenseffecten een belangrijke rol spelen bij het optimaliseren van vliegroutes en vlieghoogtes. Dit zijn – in één zin samengevat – de twee grote winnende publicaties van de Beste Climate & Energy Paper Award. De awardceremonie, die woensdag 15 maart plaatsvond op de TU Delft, stond volledig in het teken van grote en kleine innovaties die een bijdrage leveren aan het versnellen van de energietransitie en het beteugelen van klimaatverandering.

D-STANDART project verlengt levensduur lichtgewicht composieten

Geavanceerde composieten winnen op veel gebieden terrein, ook in de luchtvaart- en ruimtevaart en de windenergiesector, omdat zij licht van gewicht zijn en daardoor helpen energie te besparen. Wat nog ontbreekt zijn nauwkeurige en snelle preproductiemethoden om de levensduur van dergelijke grootschalige composietstructuren te optimaliseren. Onderzoekers van de TU Delft dragen bij aan het onlangs door de EU gefinancierde project D-STANDART dat wordt geleid door het Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum Koninklijke NLR.

Gratis online cursus Duurzame Luchtvaart door de experts van TU Delft

Kunnen we in de toekomst klimaatneutraal vliegen? Hoe zien de vliegtuigen van de toekomst eruit, op welke energiedragers of brandstoffen vliegen ze en welke keuzes kun je zelf maken? Vanaf 16 februari delen de experts van de TU Delft hun kennis over duurzame luchtvaart in de gratis online cursus ‘Sustainable Aviation: The Route to Climate-Neutral Aviation’.

Nature Materials: functionele materialen uit 3D-geprinte schimmels

Levende materialen zoals botten, hout of schimmels kunnen zich aanpassen aan hun omgeving. Ze kunnen zichzelf vernieuwen, versterken en zelfs genezen als de omstandigheden daarom vragen. Universitair hoofddocent Aerospace Structures and Materials dr. Kunal Masania onderzoekt hoe je dit uitzonderlijke aanpassingsvermogen uit de natuur kunt toepassen in functionele materialen, bijvoorbeeld voor gebruik in de luchtvaart.

COMP-ECO: TU Delft gaat bijdragen aan Pools composieten-ecosysteem

De TU Delft werkt samen met Technology Partners Warsaw, TU Dresden, het Polish Air Force Institute of Technology en de Warsaw University of Technology om de positie van de Poolse Mazovia-regio als competence hub voor multifunctionele composieten en slimme structuren te versterken.

ERC Consolidator Grant voor Kunal Masania’s levende composieten

De European Research Council heeft universitair hoofddocent Aerospace Structures and Materials dr. Kunal Masania een ERC Consolidator Grant van 2 miljoen Euro toegekend voor zijn onderzoeksvoorstel AM-IMATE. Dit onderzoek naar levende composieten kan leiden tot baanbrekende technologie om de luchtvaart te verduurzamen.

Vlieghoogte bepaalt klimaateffect van hypersonische vliegtuigen

Onderzoekers van het Duitse luchtvaart- en ruimtevaartcentrum DLR, de TU Delft en de Université Paris-Saclay hebben ontdekt dat het klimaateffect van hypersonische vliegtuigen die op 25 en 35 km hoogte op vloeibare waterstof vliegen minstens 10 tot 20 keer erger is dan dat van een gewoon subsonisch vliegtuig op ongeveer 10 km hoogte op dezelfde routes en met hetzelfde aantal passagiers. Dit komt door de ophoping van waterdamp in de stratosfeer.

Zo vliegen we in de toekomst

Roelof Vos en zijn team ontwikkelen de Flying-V die er heel anders uitziet dan een traditioneel vliegtuig en daardoor een stuk energiezuiniger vliegt. Bekijk de video waarin de Universiteit van Nederland Roelof interviewt en kom meer te weten over het revolutionaire vliegtuigontwerp.

Meeste stikstofdepositie uit de luchtvaart komt van grote hoogte

Vliegtuigen stoten tijdens zowel de LTO-vluchtfase (taxiën, opstijgen, landen) als tijdens het vliegen op grote hoogte stikstofoxiden en andere emissies uit. Deze emissies komen terug op het aardoppervlak waar ze in de vorm van stikstof neerslaan op land en wateroppervlaktes. TU Delft onderzoekers hebben met behulp van een atmosferisch model berekend dat de luchtvaart in 2019 verantwoordelijk was voor net iets minder dan 1,2% van de totale wereldwijde stikstofneerslag uit alle bronnen.

Duurzame verhalen

Deze slimme slipper met gaatjes maakt windturbines significant stiller

Windturbines wekken een van de meest duurzame energievormen ter wereld op, maar ze hebben ook een storend nadeel: ze maken lawaai. Daar hebben onderzoekers en ondernemers aan de TU Delft een oplossing voor bedacht: MuteSkin®. Het is een slimme add-on die je als een soort teenslipper aan een turbineblad kunt schuiven en die het geluid van het blad drastisch kan verlagen. Nu brengen ze dit ‘gekke’ idee vanuit de windtunnels naar de windparken. Daniele Ragni, Bieke von den Hoff en Friso Hartog vertellen hoe ze dit samen met collega’s en partners uit de industrie voor elkaar proberen te krijgen.

Op zoek naar de weg van de minste weerstand

Het verminderen van luchtweerstand kan een belangrijke bijdrage leveren aan een lager brandstofverbruik in de luchtvaart. Om de luchtweerstand op een vliegtuig te beperken, is het van belang dat luchtstromingen rond een vliegtuig zo lang mogelijk laminair en zo kort mogelijk turbulent zijn. De onderzoeksgroep van hoogleraar Flow Control Marios Kotsonis lukte het aan de hand van een – toevallige – revolutionaire ontdekking de laminaire stroming op pijlvleugels te verlengen. Zal dit onverwachte onderzoeksresultaat leiden tot een doorbraak voor een klimaat-neutrale luchtvaart?

Hoe de luchtvaart minder (klimaat)sporen kan nalaten

Dat vliegtuigen met hun CO₂-emissie bijdragen aan klimaatverandering is alom bekend. Minder aandacht is er voor de effecten van de condenssporen die ze achterlaten. Terwijl die sporen een sterk effect hebben op het broeikaseffect. Universitair Docent Feijia Yin onderzoekt hoe de vorming van langdurige condenssporen beter kan worden voorspeld, zodat vliegtuigen gebieden waarin ze ontstaan kunnen vermijden.

Klimaatneurowetenschappen voor de luchtvaart

Er is een kenniskloof wat betreft de klimaateffecten van de niet-CO2 uitstoot van de luchtvaart. Jin Maruhashi simuleerde hoe uitgestote stikstofoxiden (NOx) wereldwijd door de atmosfeer worden getransporteerd. Daarna gebruikte hij een neurowetenschappelijk machine learning algoritme om patronen in die data te ontdekken. Voor zijn onderzoek ontving hij de prijs voor Best Climate Action Paper van de TU Delft.

Slimme certificering voor een duurzame luchtvaart

De duurzaamheidsdoelstellingen voor de luchtvaartsector zijn alleen haalbaar met flink versnelde innovatie. Het grootste struikelblok hierbij is echter niet een gebrek aan goede ideeën, of de benodigde inspanning om deze te verwezenlijken, maar het zeer langdurige certificeringsproces. Drie professoren van de TU Delft werken daarom aan een radicaal andere aanpak voor certificering in de luchtvaart.

Een kijkje over de schouder van de piloot in een Flying-V

De eerste test met het schaalmodel wees vorig jaar al uit dat de Flying-V een luchtwaardig, stabiel en bestuurbaar toestel is. Begin november was het tijd voor een nieuwe stap: de eerste simulatievlucht. Testvlieger Thibaut Cappuyns had de eer om achter de stuurknuppel van simulator SIMONA plaats te nemen. Belangrijkste vraag: hoe ervaart de piloot het revolutionair type vliegtoestel?

Vliegen we in de toekomst op waterstof?

Waterstof is een duurzaam alternatief voor vliegen op kerosine, omdat er geen CO₂ bij vrij komt. Maar aan waterstof zitten ook de nodige uitdagingen en risico’s, zoals explosiegevaar. Met wiskundige berekeningen en experimenten hoopt Dr. Ivan Langella aan de TU Delft een waterstofmotor te ontwikkelen waarmee vliegtuigen veilig en efficiënt de lucht in kunnen.

Vliegtuigen gaan de grens over, hun milieueffecten ook

Het verminderen van het totale brandstofverbruik is mogelijk niet de optimale strategie om de gezondheidsimpact van de luchtvaart te beperken. En een vlucht van Amsterdam naar Rome draagt, verrassenderwijs, bij aan vroegtijdig overlijden in Azië. Dr. Irene Dedoussi modelleert de wereldwijde gezondheidsrisico’s van luchtvervuiling veroorzaakt door luchtvaartemissies. Haar onderzoek biedt vliegtuigontwerpers en beleidsmakers handvatten voor het afwegen van verschillende strategieën om de luchtvaart duurzamer te maken.

Luchtvaart- en ruimtevaartstudenten doen Leonardo da Vinci's luchtschroef herleven (en maken er een modern elektrisch persoonlijk luchtvoertuig van)

Te midden van de corona-pandemie ontwierpen vijf studenten luchtvaart- en ruimtevaarttechniek van de TU Delft een verticaal start- en landingsvliegtuig op basis van Leonardo da Vinci’s luchtschroef (Aerial Screw) en toonden ze er de haalbaarheid en de (natuurkundige) werking van aan.

Duurzame luchtvaart begint op het vliegveld

Vliegen moet duurzamer, stiller en efficiënter. Dan moet je niet alleen aan het vliegtuig zelf denken: ook op de luchthaven valt van alles te verbeteren. In het nieuwe Airport Technology Lab testen Delftse onderzoekers hun ideeën, van betere weersvoorspellingen tot snellere bagageafhandeling. De luchtvaartsector heeft, los nog van de huidige corona-crisis, een flink aantal uitdagingen op het bordje; deze liggen onder meer op het gebied van duurzaamheid, capaciteit en geluidsoverlast. Het Airport Technology Lab (ATL) wil een bijdrage leveren aan het oplossen van deze knelpunten en biedt hiervoor sinds kort een bijzondere omgeving op Rotterdam The Hague Airport, waar nieuwe diensten en producten onder realistische omstandigheden worden ontwikkeld en getest. Kennisinstellingen zoals de TU Delft, overheden, zoals de Gemeente Rotterdam en bedrijfsleven, zoals de luchthaven en hun innovatiestichting RHIA, werken hierin nauw samen. Werkplaats voor luchtvaartinnovatie ‘ATL is met andere woorden een ‘werkplaats’ voor innovaties in de luchtvaartwereld, waar slimme technologieën worden bedacht, ontwikkeld, getest en in productie genomen’, zegt projectleider Elise Bavelaar van de TU Delft. ‘Dit traject is eigenlijk al in 2016 begonnen met het door Deltas, Infrastructures & Mobility Initiative (DIMI) en de faculteit LR opgezette initiatief Innovation Airport. Dat is ontstaan uit een behoefte om alle expertise op het gebied van luchthavens aan de TU Delft, te bundelen en slim aan elkaar te koppelen. Maar het doel is uiteraard ook om deze kennis te delen met partijen buiten de universiteit. Belangrijk onderdeel van Innovation Airport is de samenwerking met Rotterdam The Hague Innovation Airport en de ambitie om een Field Lab te creëren . ’ De sector ziet nog steeds sterk de noodzaak van innovatie in. Ik denk eerlijk gezegd juist meer dan voor de crisis. Lees ook Enorme puzzel Airport Technology Lab maakt dit nu waar en is daarmee een belangrijk uitvloeisel van Innovation Airport. ‘Al met al is het een lang traject geweest om ATL van de grond te krijgen. We zijn er ruim anderhalf jaar mee bezig geweest’, zegt Bavelaar, die al vanaf het begin bij Innovation Airport betrokken is. ‘Een belangrijke stap in het proces was het aanvragen en verkrijgen van een EFRO-subsidie (Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling.) ‘Het is een enorme complexe puzzel geweest om dit allemaal gecoördineerd te krijgen. Je hebt enerzijds te maken met heel veel verschillende partijen en expertises; alleen al binnen de universiteit heb je drie deelnemende faculteiten (LR, EWI en IO) plus het Innovation & Impact. Anderzijds spelen er heel veel verschillende aspecten mee: financiële zaken uiteraard, maar ook juridische vraagstukken. Is er sprake van ongeoorloofde staatssteun in het project, om maar eens wat te noemen.’ Persoonlijke drijfveer Een heel bijzondere omgeving dus voor Bavelaar, die zelf een technische achtergrond heeft. Ze studeerde vijf jaar geleden af in Delft bij de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. ‘Ja, het is een heel andere functie waar ik nu in zit, maar ik merk wel dat het een aanzienlijk voordeel is om ook technisch goed op de hoogte te zijn.’ ‘Juist de combinatie van technologie met andere zaken, trekt me. Dat bleek bijvoorbeeld tijdens een stage die ik tijdens mijn masteropleiding liep in Duitsland. Dat was voor Air Berlin en lag ook op het gebied van het verbeteren van luchthavenprocessen. Toen kwam ik er wel achter dat ik het leuk vond om met meer dan alleen de technologie bezig te zijn’. ‘Mijn persoonlijke drijfveer is wetenschappelijke kennis te vertalen naar de praktijk. Het is belangrijk dat wetenschappelijk inzichten sneller impact hebben in de echte wereld.’ Betere voorspellingen Terug naar ATL, dat eind mei 2020 officieel is geopend. Waarin is dit specifieke project uniek? ‘Dat zit hem vooral in de toegang tot veel relevante data van de luchthaven, waarmee nieuwe innovaties kunnen worden getest en ontwikkeld. Uiteraard zijn de privacy-issues daarbij allemaal goed geregeld. De partners in het ATL beginnen met een model om slimmer gebruik te maken van deze data.’ Inmiddels zijn de eerste concrete onderzoeksprojecten van start gegaan. ‘We zijn in eerste instantie op drie onderwerpen actief’, licht Bavelaar toe. Het gaat steeds om technologie die de grond- én luchtgebonden-activiteiten op luchthavens de komende jaren efficiënter en duurzamer moeten maken. Het eerste project gaat over de uitbreiding en verfijning van het radarsysteem van de luchthaven. Er wordt een zeer precies model voor actuele weersvoorspellingen ontwikkeld. Dit geeft Air Traffic Control nog meer inzicht in de actuele weerssituatie. Door het gebruik van dit model wordt het mogelijk de turbulentie tussen vliegtuigen te voorspellen onder wisselende weersomstandigheden. En dit zal uiteindelijk leiden tot efficiëntere opstijg- en landingsprocedures. In dit deel van het ATL-project is vooral de faculteit EWI actief. Prettige werkomgeving In het tweede project ontwikkelen onderzoekers een nieuwe tool die airside disruptions kan voorspellen door het gebruik van machine learning technieken. Deze informatie zal planners op de luchthaven helpen bij het maken van tactische en operationele beslissingen en zo leiden tot efficiëntere procedures. Binnen het eerste project wordt de module flight-to-gate planning getest. En ten slotte wordt er een tool ontwikkeld die de efficiëntie, veiligheid en de veerkracht van processen in de luchthaventerminal kan simuleren. Door het gebruik van deze tool is het onder meer mogelijk om een applicatie voor een ‘call-to-gate’-strategie te ontwikkelen om de passagiersstroom te optimaliseren. Een andere optie is om hiermee de impact van verderop gelegen bagage drop-off points op de passagiersstroom door de terminal, te beoordelen. ‘De allereerste ervaringen van de onderzoekers zijn positief’, zegt Bavelaar. ‘De luchthaven blijkt voor onze onderzoekers een prettige omgeving om in te werken; de toegankelijkheid is goed en er zijn mogelijkheden om innovaties te testen. Bovendien zijn de mensen van de luchthaven en de andere betrokken partijen zeer bereid om met ons mee te werken.’ Door corona werd er veel gevraagd van het improvisatievermogen van de studenten. Maar ze hebben in no-time de nodige praktische aanpassingen gemaakt, net als overigens de andere onderzoekers in het project. Dat is wel iets om trots op te zijn. Studenten doen ook mee ‘We zijn dus goed op weg’, concludeert Bavelaar. ‘Belangrijk is dat binnen het project de visie van DIMI blijft doorklinken, met name de nadruk op een multidisciplinaire en holistische onderzoeksaanpak. En daarnaast natuurlijk de link met het onderwijs van de TU Delft. Binnen het vak Interactive Technology Design van de faculteit Industrieel Ontwerpen hebben meerdere studentengroepen bijvoorbeeld al gewerkt aan opdrachten van de luchthaven.’ ‘Door corona werd er veel gevraagd van het improvisatievermogen van deze studenten. Maar ze hebben in no-time de nodige praktische aanpassingen gemaakt, net als overigens de andere onderzoekers in het project. Dat is wel iets om trots op te zijn.’ Ook voor de luchtvaartbranche als geheel heeft de huidige periode grote consequenties, weet Bavelaar. ‘Toch lijkt de impact op het ATL-project mee te vallen en heeft de corona crisis juist de noodzaak van innovatie versterkt.’ Lees meer verhalen over Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek Project Manager ir. M.E. (Elise) Bavelaar M.E.Bavelaar@tudelft.nl Meer verhalen Meer verhalen

De eerste testvlucht van de Flying-V

Sinds 2017 werkt een team van onderzoekers van de TU Delft aan een nieuw duurzamer type passagiersvliegtuig, de Flying-V. Na de onderzoeksfase stond in juli een spannende en belangrijke volgende stap op het programma: de eerste testvlucht van het schaalmodel. Blijft het toestel – ook bij lage snelheden – stabiel in de lucht?

Lockdown biedt unieke kans om duurzaam taxiën op Schiphol te onderzoeken

Starten met je promotietraject op de eerste dag van de coronalockdown een uitdaging? Voor Bieke von den Hoff bood de lockdown een onverwachte en unieke kans. Als onderdeel van een proef op Schiphol Airport werd haar gevraagd om het geluidsniveau te meten van de TaxiBot, een duurzaam sleepvoertuig voor vliegtuigen.

De volgende fase in vliegtuigontwerp

Het vliegtuigontwerp van de Flying-V is potentieel veel efficiënter dan de traditionele “buis met vleugels”. Het concept werd met veel enthousiasme ontvangen, maar als de duurzame vliegende vleugel tegen 2040 klaar moet zijn, zal er eerst nog flink wat werk verzet moeten worden.

Vliegen in een V

De vrachtwagen trekt heel langzaam op, onderweg van de TU Delft naar Schiphol. De lading aan boord is kostbaar: het schaalmodel van een vliegtuig met een revolutionair nieuwe vorm. Hoofdingenieur Malcom Brown: “De Flying V zal door haar aerodynamische V-vorm veel minder energie verbruiken.”

Geluidloze luchtvaart heeft toekomstmuziek

Honderden miljoenen mensen die bij vliegvelden wonen lopen nog steeds een verhoogd risico op gehoorproblemen. Roberto Merino-Martinez, die zelf in de buurt van Rotterdam Airport woont, verdiept zich in het relatief nieuw onderzoeksgebied binnen de luchtvaarttechniek: aeroakoestiek.

Dichterbij geluidloze luchtvaart met het visualiseren van vliegtuiggeluid

Alhoewel het geluid van vliegtuigmotoren in de afgelopen decennia drastisch is afgenomen, lopen de honderden miljoenen mensen die bij vliegvelden wonen nog steeds een verhoogd risico op gehoorproblemen en hart- en vaatziekten.

Kunnen oeroude algen helpen chroom-6 te vervangen?

Timelapse: corrosiebescherming van de letters ‘TUDelft’ Wat in 2014 nog een wonderlijk idee leek, het inzetten van de skeletten van algen om corrosie te voorkomen, blijkt nu langdurige bescherming te bieden aan het in vliegtuigen meest gebruikte aluminium. Over een paar jaar kan dit een veilige en milieuvriendelijke vervanger van chroom-6 opleveren. “Omdat het zo giftig is, heeft de Europese Commissie het gebruik van chroom-6 verboden,” zegt Paul Denissen, promovendus in de Novel Aerospace Materials groep aan de faculteit luchtvaart- en ruimtevaarttechniek. “Het gebruik ervan is alleen nog toegestaan als goede alternatieven ontbreken, zoals bij het beschermen van vliegtuigen tegen corrosie.” Hij legt uit dat de aluminiumlegering die in de luchtvaart het meest gebruikt wordt, extra gevoelig is voor corrosie omdat er koper aan is toegevoegd ter vergroting van de materiaalsterkte. Op dit aluminium worden typisch meerdere beschermlagen aangebracht om verwering te voorkomen. Een van deze lagen is een coating met daarin chroom-6. “Wij onderzoeken of we, met het gebruik van de externe skeletten van een bepaalde algensoort, een milieuvriendelijk alternatief kunnen ontwikkelen voor het gebruik van chroom-6 in deze beschermlaag. De chroom-6 uitdaging Chroom-6 is een zogenaamde actieve corrosie-remmer. Zodra een voorbehandeld metaaloppervlak beschadigd raakt, door een kras bijvoorbeeld, komt het in de coating opgeslagen chroom-6 vrij. Het vormt op het blootgelegde metaal een laagje chroomoxide, dat beschermt tegen verdere corrosie. Nadat de chroom-6 atomen zijn vrijgekomen, kunnen deze zich blijven herverdelen en daarmee het beschadigde oppervlak een voortdurende bescherming bieden. “Er zijn verschillende alternatieve corrosie-remmers die ook heel goed zo’n beschermlaag op het metaal kunnen vormen,” legt Denissen uit. “Maar in tegenstelling tot chroom-6 kunnen ze slechts eenmalig oxideren, en is de gevormde beschermlaag niet permanent. Voor langdurige bescherming is dus een gestage aanvoer van deze alternatieve corrosie-remmers nodig. Belangrijker nog is dat deze alternatieve remmers al een chemische verbinding kunnen aangaan met de coating zelf, op het moment dat deze wordt gefabriceerd of op het metaal wordt aangebracht. Dit verzwakt hun anticorrosieve werking.” Nogal wat uitdagingen, met een mogelijke oplossing vanuit de algenwereld. Enkele vormen van het uitwendig skelet van kiezelwieren (diatomeeën) Bron: https://paleonerdish.files.wordpress.com/2013/06/diatoms.jpg Pillendoos pantser Kiezelwieren (diatomeeën) zijn een stam microalgen die al meer dan honderd miljoen jaar op aarde voorkomen, met een omvang van een tot enkele tientallen micrometers. Ter bescherming tegen de buitenwereld hebben deze eencellige organismen een hard extern skelet. Dit skelet bestaat uit kiezel (siliciumdioxide, hetzelfde materiaal als glas) en bevat veel nano-poriën. Het was de pillendoos-achtige vorm van dit skelet ( zie foto ) die Santiago Garcia – van dezelfde groep en promotor van Paul Denissen – inspireerde ze te gebruiken voor actieve corrosiebescherming. “Mijn idee was om deze skeletten te vullen met alternatieve corrosieremmers,” legt Garcia uit, “en deze dan toe te voegen aan de coating. Het leek mij dat de pillendoosvorm de ongewenste chemische reactie tussen de remmers en de coating zou kunnen voorkomen.” Hij voorzag ook dat de coating, dankzij de poriën in de skeletten, bij een beschadiging onmiddellijk en langdurig corrosieremmers zou kunnen vrijgeven. “Deze algenskeletten zijn bovendien goedkoop en eenvoudig te verkrijgen,” voegt Denissen toe. Snelle ontwikkeling Denissen legt uit dat zijn afstudeeronderzoek uit 2015 slechts een haalbaarheidsstudie was, om te zien of de innovatieve aanpak succes zou kunnen hebben. “We zijn nu in het derde jaar van mijn promotieonderzoek en ondanks beperkte middelen hebben we zojuist laten zien dat het inderdaad corrosiebescherming biedt, mogelijk zelfs vergelijkbaar aan chroom-6. We gebruiken nog steeds onze eerste keuze aan algenskeletten, maar we zijn erin geslaagd deze met veel meer corrosieremmers te vullen. Daarnaast hebben we ook de vrijgave van deze remmers weten te verbeteren. Beide stappen tezamen hebben de anticorrosieve werking van onze coating flink verhoogd. 30 dagen bescherming door algencoating met corrosieremmers Testen in Parijs Als sluitstuk van een intensieve onderzoeksperiode in Delft reisden de onderzoekers naar Parijs af voor een uitdagend experiment. “Sommige bedrijven vereisen dat een coating ook bij een relatief grote beschadiging langdurige bescherming biedt,” zegt Denissen. “We waren dus nieuwsgierig naar de prestaties van onze coating.” In samenwerking met de groep van Polina Volovich van Chimie ParisTech maakten ze één millimeter brede krassen op proefstukken vliegtuigaluminium, waarop vooraf verschillende ‘algencoatings’ waren aangebracht. Vervolgens dompelden ze deze proefstukken onder in een zeer corroderende omgeving. De onderzoekers kregen waar voor hun geld. “We waren enorm verrast,” gaat Denissen verder, “want wat we zagen was volledige bescherming tegen corrosie, zelfs na dertig dagen onderdompeling. Er zijn maar een paar alternatieve systemen die de beschermende werking van chroom-6 zo dicht benaderen. Een wonderlijk resultaat, gegeven onze korte ontwikkeltijd.” Corrosiebescherming visualiseren Denissen en Garcia hebben ook een nieuwe methode ontwikkeld voor het bestuderen van het ontstaan en het beloop van corrosie. Hiermee verkregen ze gedetailleerd inzicht in de werking en resultaten van hun algencoatings. “Het is relatief eenvoudige technologie, met een doorsnee optische camera,” legt Garcia uit. “Optische technieken werden tot nog toe gebruikt om kwalitatieve informatie te vergaren, of om mooie plaatjes te maken. Wij hebben laten zien dat je met optica corrosie in hoge resolutie, en in real-time , kan weergaven. Het is volwassen technologie waarmee we de werking van elke coating kunnen ontleden, commercieel beschikbaar of nog in ontwikkeling.” Optimale bescherming “We gebruiken onze experimenten voor de ontwikkeling van een computermodel, waarmee we onze coatings verder willen optimaliseren,” zegt Denissen. Geen overbodige luxe, want de onderzoekers kunnen voor hun algenskeletten uit meer dan 100,000 verschillende vormen en formaten kiezen. En er zijn nog meer variabelen, zoals het type corrosie-remmer, de optimale concentratie van algenskeletten in de coating en het al dan niet toevoegen van een extra laag aan de algenskeletten om de vrijgave van remmers nog nauwkeuriger te reguleren. “Misschien stappen we over op ufo-vormige algenskeletten, zodat we de dikte van onze coating kunnen terugbrengen tot wat nu de industriestandaard is,” legt Denissen uit. “Daarnaast onderzoeken we of het gebruik van combinaties aan remmers en skeletten de anticorrosieve werking van onze coatings nog verder verbetert.” Een kleine revolutie Het vervangen van chroom-6 is niet eenvoudig. “Daar zijn meerdere redenen voor,” licht Denissen toe. “Het ministerie van defensie wil bijvoorbeeld bewijs zien dat het gebruik van een alternatieve oplossing hun materieel twintig jaar bescherming biedt. Maar er zijn geen goede methoden om dit versneld te testen, om dit in slechts een kort tijdsbestek aan te tonen.” Belangrijker nog, legt hij uit, is dat veel van de testen voor het valideren van de werkzaamheid van alternatieve coatings, specifiek ontworpen zijn voor chroom-6 houdende coatings. “Dat helpt niet,” vervolgt Denissen, “je moet dus aantonen dat de alternatieve coating op dezelfde manier werkt als chroom-6, in plaats van dat het afdoende bescherming biedt.” Desalniettemin heeft er een kleine revolutie plaatsgevonden. Waar vliegtuigfabrikanten voorheen verwachtten dat de producenten van coatings met een chroom-6 vervangende coating zouden komen, proberen zij nu ook zelf alternatieven te ontwikkelen. “Wij zitten op het moment al met beide partijen aan tafel.” Vooruitzichten Ondanks de zeer veelbelovende resultaten tot nu toe benadrukt Denissen dat ze nog een paar jaar nodig hebben voordat hun op algen gebaseerde coating toegepast kan worden op vliegtuigen, bruggen of welk metalen oppervlak dan ook dat bescherming tegen corrosie vereist. “Biedt onze coating voldoende bescherming tegen schaven en krassen? Kan het veelvuldige temperatuurswisselingen weerstaan? Zal onze coating zich goed hechten aan de andere beschermende lagen?” Garcia voegt hieraan toe dat “onze drijfveer is om oplossingen te vinden voor maatschappelijke problemen. We hebben met meerdere partners uit de industrie gesprekken over samenwerking met als doel de ontwikkeling en toepassing van onze technologie te versnellen. We verwachten dat we al in 2022 de eerste veldtesten kunnen uitvoeren, op een vliegtuig.” Totdat die experimenten hebben plaatsgevonden, zal de Europese Commissie de vliegtuigfabrikanten mogelijk nogmaals tegemoet moeten komen, met een uitzondering op het totaal verbod op het gebruik van chroom-6. Hier vind je wetenschappelijke artikelen in Corrosion Science en in Electrochimica Acta gerelateerd aan dit onderzoek van Denissen en Garcia.

Gasturbines: onmisbaar voor de transitie naar hernieuwbare energiebronnen

Gasturbines zijn vooral bekend als de straalmotoren die vliegtuigen voortstuwen. Maar ze zijn ook de werkpaarden van grote energiecentrales die elektriciteit leveren aan onze fabrieken en huizen.

Brandstofverbruik verbeteren met plasma-krachten

“ Stroming is prachtig,” zegt Marios Kotsonis, expert in vloeistofmechanica en universitair docent bij de Aerodynamics, Wind Energy & Propulsion groep. Hij wil stroming doorgronden, modelleren en manipuleren. Zijn windtunnel experiment, waarin hij met plasma actief de luchtstroming op de vleugel van een straalvliegtuig beïnvloedde, was een doorbraak. Zijn aanpak kan het brandstofverbruik met misschien wel vijftien procent verminderen. Het leverde hem een ERC-subsidie van €1.5m op. Pijlvorm en het ontstaan van ‘crossflow’ Bij het doorklieven van de roerloze lucht op kruishoogte zijn de vleugels van een straalvliegtuig in een grenslaag gewikkeld met een dikte van ongeveer één centimeter. “De vleugels van vliegtuigen zijn typisch iets naar achteren gericht,” zegt Marios Kotsonis. “Hierdoor duurt het langer voordat de luchtstroom over deze vleugels supersonisch wordt, wat schokgolven veroorzaakt die de luchtweerstand vergroten. Het veroorzaakt echter ook het fenomeen ‘ crossflow ’.” De term crossflow beschrijft een luchtstroming in de grenslaag. De richting van deze stroming is, verrassend genoeg, van de punt van de vleugel naar de romp toe. Bij een te hoge kruissnelheid wordt deze crossflow instabiel, er ontstaan dan wervels en turbulentie in de grenslaag. Deze omslag van een laminaire (gelaagde) stroming naar turbulentie verhoogt de luchtweerstand en het brandstofverbruik, met maximaal vijftien procent. “Ik wil deze omslag voorkomen,” zegt Kotsonis. Herbruikbaar onderzoek Al in de jaren ’70, ten tijde van de oliecrisis, deed men onderzoek naar het uitstellen van deze door crossflow gedomineerde omslag. Maar met het dalen van de olieprijzen daalde ook de interesse voor dit onderzoek. De huidige roep tot het verminderen van de CO 2 -uitstoot heeft het onderzoek nieuw leven ingeblazen. “Het verlagen van de door turbulentie veroorzaakte luchtweerstand kan met zogenaamde passieve oplossingen,” aldus Kotsonis. Dit betreft aanpassingen aan het oppervlak van de vleugels, vergelijkbaar aan het gebruik van shark-skin badpakken door zwemmers. “Maar,” zegt hij, “moderne vliegtuigen maken hier al optimaal gebruik van. Voor een grote stap voorwaarts in brandstofverbruik zijn drastische oplossingen nodig. Ik denk dat een actieve aanpak, met behulp van plasma actuatoren, deze drastische oplossing is.” Plasma op de vleugel Naast vast, vloeibaar en gasvormig is plasma de vierde fundamentele aggregatietoestand van materie. De zon bestaat geheel uit plasma en het komt kortstondig voor bij bliksem. “Voor mijn doel moet ik plasma kunstmatig creëren, met behulp van plasma actuatoren,” zegt Kotsonis. Het sterke elektrische veld tussen de elektrodes van een plasma actuator ioniseert de lucht en versnelt de geladen deeltjes in een bepaalde richting. Door botsingen van deze deeltjes met de neutrale moleculen in de lucht oefenen ze hierop een kracht uit. “Ik wil deze krachten gebruiken om de luchtstroming te veranderen, om het ontstaan en verval van instabiele wervels uit te stellen. Een beetje energie gebruiken om plasma op te wekken en daarmee veel brandstof te besparen,” zegt hij. Plasma actuatoren zijn eenvoudig te fabriceren, hebben geen bewegende delen en ze kunnen in de vleugels van straalvliegtuigen worden geïntegreerd. Wervels beïnvloeden Het meest eenvoudige gebruik van plasma actuatoren is het opwekken van een kracht tegen de richting van de crossflow in, langs de voorzijde van de vleugel. Dit was de aanpak bij zijn windtunnel experiment eind 2017. “Het experiment was,” volgens Kotsonis, “ontworpen als een ‘ proof of concept’ . Nu willen we onze techniek optimaliseren. Een van onze ideeën is om opzettelijk wervels te creëren die stabieler zijn, en daarmee voorkomen dat wervels ontstaan die omslaan in turbulentie. We willen ook spelen met de timing van de plasma-krachten, en met hun locatie op de vleugels.” Rook en lasers “Voor maximaal effect moeten we de vorming van wervels in de crossflow nauwkeurig begrijpen. Wanneer ontstaan ze, hoe groeien ze en waardoor slaan ze om naar turbulentie?” vraagt Kotsonis. In 2016 slaagde zijn groep er als eerste in om de luchtstroming in de grenslaag in detail te meten. Ze gebruikten hiervoor een bestaande tomografische beeldvormingstechniek. Hierbij belicht een laser zeer kort en snel achtereen rookdeeltjes in de luchtstroming. Vanuit meerdere richtingen leggen snelle camera’s de opeenvolgende posities van de rookdeeltjes vast, waaruit een algoritme vervolgens hun snelheid en richting berekent. “Erg hightech, alhoewel we de rookmachine gewoon bij een theaterwinkel gekocht hebben,” zegt hij. ERC subsidie “Mijn onderzoek is high-risk, high-gain ,” zegt Kotsonis. Voortbordurend op zijn eigen werk en dat van zijn promovendi vroeg hij een ERC-subsidie aan. De European Research Council wees hem 1.5 miljoen euro aan onderzoeksgelden toe voor het verbeteren van de tomografische meettechniek en voor het optimaal manipuleren van crossflow met plasma. Volgens hem dient een groot deel van de subsidie voor de aanschaf van camera’s, andere optische hulpmiddelen en benodigdheden voor de plasma actuatoren. “Maar ik neem ook twee promovendi en twee postdocs aan.” Voor zijn experimenten heeft hij luchtstroming van zeer hoge kwaliteit nodig, vergelijkbaar met de omstandigheden op kruishoogte. “Gelukkig ben ik aan de TU Delft verbonden. Onze lage-turbulentie windtunnel stamt uit de jaren ’50, maar is nog steeds een top tien onderzoeksfaciliteit wat betreft laminaire luchtstromingen. Hij is bij uitstek geschikt voor mijn onderzoek.” Dr. Marios Kotsonis Assistant Professor M.Kotsonis@tudelft.nl

Een schat aan geluidsinformatie

Bij vliegtuigen is geluid een ongewenste bijwerking van de voortstuwing. Bij sonar is geluid juist een middel, voor nauwkeurige dieptemetingen. Ongeacht of het voortgebrachte geluid hinderlijk is of alleen maar nuttig, het zegt altijd iets over de bron en de omgeving. Als universitair hoofddocent bij de vakgroep Aircraft Noise and Climate Effects (ANCE) is Mirjam Snellen gespecialiseerd in de technieken van beeldvorming van en met geluid. Ze is pas tevreden als alle informatie uit het gemeten geluid is onttrokken, al dan niet met zelf ontwikkelde detectoren. De ANCE vakgroep, onder leiding van Prof.dr. Dick Simons, is klein en hecht en bevindt zich met haar geluidsonderzoek doelbewust op het snijvlak van meten en modelleren. “Als je alleen meet, dan beschik je niet over de kennis om bijvoorbeeld stillere vliegtuigen te ontwerpen,” zegt Mirjam Snellen. “Andere groepen zijn juist weer gespecialiseerd in het berekenen. Zij bouwen bijvoorbeeld modellen om vanuit vorm en materiaal van een vliegtuigromp te voorspellen welk geluid het bij verschillende snelheden produceert. Dat moet dan natuurlijk wel gevalideerd worden met een meting.” Wat de ANCE vakgroep betreft is zelfs een nauwkeurige geluidsmeting in een windtunnel aan een schaalmodel niet afdoende. Het liefst meten ze het in de praktijk na, onder de meest realistische omstandigheden. Belangrijk bij deze metingen is dat de geluidsbron, de romp in dit geval, goed gescheiden kan worden van andere geluidsbronnen zoals de motoren. Mirjam Snellen: “Dat kunnen wij in ANCE, met onze arrays”. Geluid opsplitsen Met één enkele microfoon kan je alleen volume en toonhoogte meten. Dit verandert als je een array van meerdere microfoons gebruikt, uitgespreid over een oppervlak. Het geluid afkomstig van bijvoorbeeld de neus van het vliegtuig, zal eerst de meest dichtstbijzijnde microfoon bereiken, en kort daarna pas de microfoons die iets verder weg zijn. Met software kunnen de verschillende geluidsbronnen worden gereconstrueerd. “Dit heet beamforming,” legt Mirjam snellen uit. “We kunnen hiermee het gemeten geluid over de tijd opsplitsen naar bronlocatie, toonhoogte (geluidsfrequentie) en volume. Daarbij corrigeren we onder andere voor achtergrondgeluiden, reflecties van het geluid op de grond en zo nodig het Doppler-effect.” Er zitten nog wel enkele praktische voorwaarden aan zo’n array. Zo moeten voor een goede resolutie van de lage tonen, die een lange golflengte hebben, de microfoons wat verder uit elkaar staan. Voor de hogere tonen moeten ze juist wat dichter bij elkaar staan, ter voorkoming van vervormingen. Een array heeft daarom typisch een mix van grotere en kleinere afstanden tussen de microfoons. Bovendien is de omvang van het array beperkt omdat je hem wilt kunnen vervoeren. Een groot wit vlak De onderzoekers in de vakgroep beheersen de beamforming techniek tot in de details. Van de zomer hebben ze voor het eerst gemeten met hun nieuw ontworpen array van 64 microfoons, over een oppervlak van vier bij vier vierkante meter. Daarmee kunnen ze ook bij kleine vliegtuigen voldoende onderscheid maken tussen de verschillende geluidsbronnen. Voordat ze gaan meten bellen de onderzoekers altijd met de luchthaven. “Je staat daar toch met een groot wit vlak. Ook nu komt er nog altijd iemand van de luchthaven langs, maar dat is uit interesse.” Zulke arraymetingen leveren indrukwekkende plaatjes op waarmee goed te zien is welk onderdeel van een vliegtuig welk geluid voortbrengt. De luchtstroming rond de vleugels resulteert typisch in wat lagere geluidsfrequenties, de motoren zelf en de straal daarachter juist in hogere frequenties. “Met onze metingen toetsen we modelvoorspellingen. Als we nauwelijks geluid van het onderstel verwachten en onze metingen laten anders zien, dan is dat aanleiding om het model te herzien.” Verschillende vliegtuigtypes hebben dus een verschillende ‘vingerafdruk’, en vereisen daardoor mogelijk een andere aanpak om de geluidsoverlast te verminderen. Stillere vliegtuigen De luchthavens Schiphol en Lelystad lopen tegen hun geluidslimieten aan en zetten in op toekomstige stillere vliegtuigen. Samen met het DLR (das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt) organiseerde Prof. Simons in 2014 een workshop met experts uit de hele wereld. De centrale vraag was hoeveel stiller vliegtuigen nog kunnen worden, en wat men daarvoor moet doen. “Dat valt best tegen,” zegt Mirjam Snellen. “We kunnen bijvoorbeeld naar ultra-high bypass motoren gaan. Die zijn veel stiller maar ook ontzettend groot en dus zwaar. De extra stuwkracht die je moet leveren om daarmee op te stijgen en te vliegen, vertaalt zich mogelijk weer in extra geluidsoverlast. Met gebruik van andere materialen kan er nog wel wat gewonnen worden.” De vakgroep werkt hiervoor samen met de windenergie groep binnen dezelfde faculteit, welke onder andere het gebruik van poreuze materialen voor windturbines onderzoekt. “Neus- en vleugelkleppen of het landingsgestel van een vliegtuig kunnen daarmee ook wat stiller worden.” Zulke nieuwe ontwikkelingen test men eerst in een windtunnel. Voor dit onderzoek plaatste de vakgroep een microfoon-array in de relatief stille verticale windtunnel. De muren hiervan zijn bekleed met ‘punten’ van absorberend materiaal om geluidsreflecties te minimaliseren. Mirjam Snellen: “De uitdaging is om alleen het object te meten. Het array zelf mag geen geluidsreflecties veroorzaken, en de microfoons moeten zo geplaatst zijn dat we nauwkeurig kunnen meten en beamformen.” Virtueel geluid Je zou hem bijna vergeten, maar ook de luisteraar speelt een belangrijke rol bij geluidshinder en daarmee bij de richting van nieuwe ontwikkelingen. Als een groep testpersonen zich niet stoort aan de brom van de romp, dan hoef je die ook niet aan te passen. Dick Simons was nauw betrokken bij het ontwikkelen van de zogenaamde Virtual Community Noise Simulator van het Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR). Daarmee kan men bijvoorbeeld het geluid van een landend vliegtuig ervaren in een volledig gesimuleerde natuurlijke omgeving. Daar is nauwkeurig gemeten of gemodelleerd geluid voor nodig, wat de ANCE vakgroep kan aanleveren. Mirjam Snellen: “In een simulator is het bijvoorbeeld mogelijk om alleen het geluid van de vleugels en motoren uit te zetten, of om de toonhoogte van het geluid te veranderen.” Dat laatste klinkt als toekomstmuziek, maar er zijn groepen die dit met slimme aanpassingen van vorm en materiaal proberen te bereiken. Scheepvaartveiligheid Beamforming speelt ook een belangrijke rol bij echometingen van waterdieptes en daarmee bij de scheepvaartveiligheid. Een nauwkeurig inzicht in actuele waterdieptes dient bijvoorbeeld als input voor de baggerfrequentie in en rond de haven van Rotterdam, zodat deze ook voor de grootste schepen bereikbaar blijft. Dit in kaart brengen van waterdieptes kan efficiënt met zogenaamde multi-beam echo sounders (MBES). Een MBES is te zien als een echolood dat gelijktijdig meerdere smalle geluidsbundels uitzendt (een ‘ping’). Elk van deze bundels plant zich voort door het water, weerkaatst op de bodem, en wordt weer door de MBES geregistreerd. De helft van de tijd tussen het uitzenden en ontvangen van een ping geeft, samen met het geluidssnelheidsprofiel als functie van de diepte, de afstand van de MBES tot de bodem. Elke ping brengt de bodem in kaart over een brede lijn loodrecht op de vaarrichting van het onderzoeksschip. En met meerdere parallelle vaarbewegingen brengt men de hele bodem in kaart. Mirjam Snellen: “Binnen Nederland zijn wij als een van de weinigen goed op de hoogte van alle technische details van MBES; van het systeem, de invloed van de omgeving en de algoritmes.” De MBES systemen zijn ingewikkeld en duur maar voldoen aan de door Rijkswaterstaat gewenste nauwkeurigheid van enkele centimeters bij dieptes tot enkele tientallen meters. Nieuwe systemen, en goedkopere alternatieven, moeten ook aantoonbaar aan deze criteria van Rijkswaterstaat voldoen voordat bijvoorbeeld een baggerbedrijf ze mag gebruiken. Mirjam Snellen: “Wij hebben het rekenmodel ontwikkeld dat bepaalt of metingen, gegeven een set aan meetsystemen, aan deze normen voldoen.” Bovendien kan er meer informatie gehaald worden uit de huidige systemen, bijvoorbeeld door naast de tweeweg looptijd van het echo-signaal ook naar de intensiteit hiervan te kijken. Mirjam Snellen: “De afgelopen jaren hebben wij een aantal methodes ontwikkeld om uit metingen met MBES niet alleen de waterdiepte, maar ook de bodemsamenstelling te bepalen. Is het bijvoorbeeld een gunstige bodem voor het plaatsen van een windmolenpark?” Alle data gebruiken Het was haar drang om alle informatie uit geluid te halen dat resulteerde in een methode om de nauwkeurigheid van dieptemetingen met MBES te vergroten. De ruwe data van een MBES-systeem moet voor veel variabelen gecorrigeerd worden, waaronder het geluidssnelheidprofiel onder water. Dit is afhankelijk van de druk (diepte), temperatuur en het zoutgehalte. Met name in riviermondingen of bij gebieden met getijdenwerking kunnen lokale variaties in de geluidssnelheid leiden tot meetonnauwkeurigheden. Mirjam Snellen: “De onnauwkeurigheid wordt groter naar de randen van de gemeten strook. Men accepteerde dat of voerde de metingen (deels) opnieuw uit. Maar dat is niet nodig als je je realiseert dat de gemeten stroken elkaar deels overlappen.” Ze ontwikkelde een algoritme dat de extra data van deze overlap gebruikt om de geluidssnelheidsprofielen te berekenen. “Het is geen schatting, het is fysica,” zegt Mirjam Snellen. “Wel af en toe nameten, he,” voegt ze er lachend aan toe. Meten is weten Haar algoritme voor het onder water geluidssnelheidsprofiel is recent geïmplementeerd in commerciële hydrografische software, maar stamt al uit 2009. “Net als in andere vakgebieden vinden niet alle oplossingen snel hun weg naar de praktijk,” zegt Mirjam Snellen. Een actueel onderwerp waarvoor dit ook geldt, is het berekenen van de geluidsimpact van het vliegverkeer bij luchthavens. Daarvoor gebruikt men zogenaamde ‘ noise-power-distance tables’ . “Niemand weet precies hoe nauwkeurig het gebruik van deze tabellen is. We leven in 2018, laten we een paar arrays bij het vliegveld plaatsen en deze geluidservaring daadwerkelijk meten.” Bekijk hier meer informatie over de ANCE vakgroep.

Damiano Casalino

Je verwacht het misschien niet, maar aeroakoestiek vormt een stille kracht achter vergroening, weet Damiano Casalino, hoogleraar Aeroacoustics bij de TU Delft. “Aeroakoestiek is cruciaal bij de ontwikkeling van de nieuwste generatie duurzame vliegtuigen en windmolens.”

Arvind Gangoli Rao

Vliegen met 65% minder CO2-uitstoot dan de huidige generatie Boeings? En zelfs 80% minder NOx-uitstoot? Het kán, bewijzen Arvind Gangoli Rao, universitair hoofddocent Propulsion & Power, en zijn team.

Mirjam Snellen

Als je precies de vinger kunt leggen op het geluid zoals geproduceerd door een vliegtuig, kun je daar slim gebruik van maken bij het ontwerpen van toekomstige, duurzame vliegtuigen. En dat is precies de missie van Mirjam Snellen, universitair hoofddocent Akoestiek bij de sectie Aircraft Noise and Climate Effects (ANCE) en haar collega’s, die graag puzzelen met (aero-)akoestiek.

Leo Veldhuis

De luchtvaart is in toenemende mate een klimaatvervuiler. Om de sector te verduurzamen is er grote behoefte aan meer (energie)zuinige vliegtuigontwerpen. Zie hier het speelveld van Leo Veldhuis, hoogleraar Vliegtuigprestaties & Voortstuwing (FPP).