De AerGo: Een ontwerpopdracht krijgt vleugels

“Willen jullie hem ook bouwen?” had projectleider Julian Kupski gevraagd. Hij doelde op de ultralichte tweedekker die de groep van tien studenten zojuist had ontworpen voor hun Design Synthesis Exercise (DSE), ter afronding van hun bachelorfase. Het was een radicaal ontwerp, en natuurlijk wilden ze hem zien vliegen.

Met de fiets
Een groep van tien studenten besteedde tien weken fulltime aan het ontwerpen van de AerGo, een next-generation watervliegtuig. Het was een opdracht die Julian Kupski, promovendus in the Structural Integrity and Composites Group, aan de DSE-commissie had voorgesteld.

Het doel van het project was het ontwerpen van een ultralicht recreatief watervliegtuig dat met de fiets vervoerd kan worden, aldus Aydin van den Bergh en Lander Callens, twee van de studenten in de groep. Bovendien zou het vliegtuig op honderd meter afstand stiller moeten zijn dan het gezoem van een koelkast, en zou één iemand het moeten kunnen bedienen, onderhouden en gebruiksklaar maken. “Op onze eerste projectdag besloten we dat de AerGo een tweedekker zou worden,” zei van den Bergh.

Balanceren
Een vliegtuig heeft lift nodig om te kunnen vliegen en voorwaartse snelheid om deze lift te genereren. Daarnaast is een stuurmechanisme ook essentieel. Het ontwerpproces is echter veel ingewikkelder dat dit doet vermoeden. De studenten deelden zichzelf op in verschillende aandachtsgebieden: Aerodynamica, Hydrodynamica, Voortstuwing & Prestatie, Stabiliteit & Sturing, Materialen & Constructie en Gebruik. “In de bachelorfase was dit allemaal globaal aan bod gekomen, maar we moesten flink bijspijkeren wat betreft de theorie,” zei Callens. “Zelfs het drijven van het vliegtuig op het water bleek een ontwerpuitdaging,” voegde van den Bergh toe. “We moesten stabiliteit afwegen tegen waterweerstand bij het opstijgen, waarbij we ook rekening moesten houden met dat de piloot zijn houding en positie kan veranderen. We gebruikten de kennis en ervaring beschikbaar binnen de gehele TU Delft, bijvoorbeeld bij Maritieme Techniek.”

Een stap naar voren, twee stappen terug…
De prestaties van het vliegtuig waren leidend bij het ontwerpproces, maar alles hing met elkaar samen. “De vereiste snelheid bij opstijgen, de kruissnelheid en de kruishoogte bepaalden het benodigde vleugeloppervlak,” zei van den Bergh. “De Aerodynamica groep selecteerde vervolgens een vleugelprofiel. Maar ontwerpkeuzes die stabiliteit in de lucht bevorderden, waren nadelig voor de stabiliteit op het water bij opstijgen en landen. We moesten continu schakelen tussen de verschillende disciplines en die hadden allemaal afwijkende belangen.” Om het gewenste geluidsniveau te halen had de groep al vroeg in het ontwerpproces gekozen voor elektrische aandrijving. Volgens van den Bergh “bepaalde de gewenste snelheid bij opstijgen het ontwerp van de motor, terwijl kruissnelheid en actieradius het ontwerp van de accu’s bepaalden. Het gewicht van de accu’s had een grote invloed op de benodigde lift en, door het verschuiven van het zwaartepunt, ook op de stabiliteit.”

Technisch Lego
“Voor het rollen van het vliegtuig om de lengteas besloten we om de vleugels te vervormen in plaats van rolroeren toe te passen. Net zoals de gebroeders Wright 114 jaar geleden,” zei Callens. “Dit houdt het ontwerp eenvoudig.” Desalniettemin maakten de studenten van het stuurmechanisme eerst een schaalmodel in Technisch Lego. Het eindrapport dat ze na de tien weken indienden, behandelt alle ontwerpkeuzes tot in detail. Zelfs de vorm en het gewicht van de peddel.

Zweefvliegtuig
“Ons ontwerp, de AerGo, is uniek. Huidige eenpersoons vliegtuigen kunnen er gewoon niet aan tippen,” zei van den Bergh. “We waren dus meteen enthousiast toen Julian voorstelde om hem daadwerkelijk te bouwen.” Ze presenteerden hun ontwerp aan professor Rinze Benedictus, die daarop materiaal en een werkplaats ter beschikking stelde. Hij eiste van de studenten wel een deadline en een duidelijk einddoel. “Het meest bijzondere aan de AerGo zijn de vleugels, die slechts 600 gram wegen per meter spanwijdte,” legde van den Bergh uit. We besloten daarom een zweefvliegtuig variant te bouwen, met als deadline de start van het academisch jaar.” Het zweefvliegtuig is de AerGo met kortere vleugels. Ook de voorstuwing en de boot ontbreken, maar het beschikt wel over het volledige stuurmechanisme.

Spoedcursus
Kupski verzorgde een spoedcursus in praktische vaardigheden, zoals het lamineren van koolstof tape. Het bouwen van het zweefvliegtuig kostte de studenten vele uren, en het grootste deel van hun zomervakantie. Van den Bergh en Callens raadden het iedereen aan. “Kan ik dit maken? Hoe kan ik dit maken?” vroeg Callens. “Het daadwerkelijk uitvoeren van je ontwerp roept de ware ingenieursmentaliteit in je op omdat je continu tegen onverwachte problemen aanloopt,” voegde van den Bergh toe. “De bachelorfase gaat niet verder dan conceptueel ontwerpen. Wij merkten dat er een behoorlijk gat zit tussen theorie en praktijk.”

De sprong wagen
De laatste validatietests, midden augustus, betroffen het stuurmechanisme. Daarna was het aan een van de studenten om het 15 kilogram zware zweefvliegtuig op te pakken, van een duin te rennen en de sprong te wagen. Twee weken voor hun deadline vervoerden de studenten het vliegtuig naar de Zandmotor bij Den Haag. Nog niet per fiets, maar met auto en oplegger over fietspaden en privéweggetjes. “Het schemerde alweer toen we eindelijk met onze testvluchten begonnen,” zei van den Bergh. “Onze derde poging slaagde. Ik heb nooit eerder zulke brede glimlachen gezien.”

Waar naartoe?
De studenten omschrijven hun AerGo als een waardig opvolger van de Wright Flyer I. “In essentie is het hetzelfde vliegtuig, maar dan verbeterd met een eeuw aan kennis en technologische vooruitgang,” zei Callens. “In plaats van hout en doek gebruiken wij composiet en koolstof tape.” Met het prototype succesvol getest, willen de studenten ook de AerGo bouwen. “Het is een ideaal vliegtuig voor de Nederlandse markt,” zei van den Bergh. “Misschien beginnen we wel een start-up.” Maar vooralsnog kijkt hij met een romantische blik naar de toekomst:

The AerGo is slow
flies silent and low
leaving the question
where will you go?