Klimaatneutraal vliegen? Nu boarden!

Wij streven naar een klimaatneutrale luchtvaart en zijn ervan overtuigd dat dat kan. Onze drijfveer? Klimaatverandering is onze realiteit. En hoewel de luchtvaart veel bijdraagt aan welvaart en welzijn van mensen over de hele wereld, draagt het ook bij aan de klimaatverandering.  Als we in deze sector niet ingrijpen zal deze bijdrage exponentieel toenemen. Daarom moeten we in de luchtvaart vandaag nog in actie komen. De TU Delft heeft wat ons betreft alles in huis om met technologische oplossingen een cruciale bijdrage te leveren aan het klimaatneutraal maken van de luchtvaart.

Henri Werij 
Decaan faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek TU Delft

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

Energiebesparing

We maken vliegtuigen zo zuinig mogelijk. Onze revolutionaire Flying-V beoogt bijvoorbeeld door een betere aerodynamica en een lichter gewicht 20% minder brandstof te gebruiken dan de meest zuinige lange-afstandsvliegtuigen van nu, zoals de Airbus A350. 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

Dit varieert van duurzame luchthavens – in een gezonde leefomgeving - tot nieuwe systemen voor luchtverkeersleiding en vlootmanagement van luchtvaartmaatschappijen. 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.

Nieuws

Duurzame verhalen

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.

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.

Agenda

Geen resultaten gevonden.

Social Media