Spotlight

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

L&R-student Nadine Duursma gekozen voor IAWA-beurs

Tekst door: Heather Montague De International Aviation Womens Association (IAWA) heeft bachelorstudent Nadine Duursma uitverkoren om de TU Delft-beurs voor 2018 te ontvangen. Deze beurs wordt jaarlijks verstrekt aan vrouwen die een studie doen die relevant is voor de luchtvaart en ruimtevaart. Sinds 2004 werkt de IAWA samen met vier speciaal gekozen universiteiten in de VS en Canada. Eén keer per jaar wordt een beurs verstrekt aan een student van elk van deze universiteiten. Vorig jaar is de TU Delft verkozen als nieuw lid van die groep universiteiten. “In samenwerking met de universiteiten zoeken we naar kandidaten met goede cijfers, een financiële behoefte en een passie voor een loopbaan binnen de luchtvaart en ruimtevaart”, aldus Lisa Piccione, algemeen directeur en onmiddellijk voormalig voorzitter van de IAWA. Zelfvertrouwen en creativiteit Een van die studenten, Nadine Duursma, zag vorig jaar op Brightspace de oproep tot beursaanvragen van de IAWA. “Ik dacht, oké, ik ben maar een eerstejaars, maar ik voldoe aan alle voorwaarden en wie niet waagt, die niet wint”, vertelt zij. De aanvraag bestond uit het schrijven van een motivatiebrief en een creatieve opdracht om uit te leggen waarom zij voor de TU Delft had gekozen. “Als voorbeelden gaven ze een filmpje maken, of een pitch of een poster. Maar ik dacht dat iedereen dat wel zou doen, dus moest ik iets anders vinden”, legt ze uit. “Dus heb ik een gedicht geschreven en een tijdlijn gemaakt over mijn keuze voor Delft, inclusief foto’s van mij op jonge leeftijd met vliegtuigen.” Ondanks haar zelfvertrouwen was het voor Nadine toch een (aangename) verrassing toen ze in juni te horen kreeg dat ze gewonnen had. Loopbaankeuze Als kind vond ze wiskunde en exacte vakken al leuk en ze weet nog dat ze daar op jonge leeftijd al goed in was. Maar hoewel Nadine’s vader aan de TU Delft had gestudeerd en haar moeder een studie wiskunde had gedaan, werd ze niet de exacte kant opgedwongen. Volgens Nadine gaven haar ouders haar alle vrijheid om zelf een studiekeuze te maken. “Maar ik wist zeker dat ik geschiedenis of taal niet leuk vond, dus voor mij was de keuze makkelijk”, vertelt ze. Na even een carrière als piloot te hebben overwogen, kwam ze tot het besef dat het ontwerpen en de mogelijkheid om iets nieuws te maken haar pas echt inspireerden. Ze onderzocht andere vakgebieden, waaronder levenswetenschappen en medicijnen, maar vond dat ze daarvoor te veel uit haar hoofd moest leren. “En toen kwam ik hier op de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek en werd ik verliefd op het vliegtuig”, vertelt ze. “Dat was pas iets waar je echt over kon nadenken en daarom besloot ik me in te schrijven. Het was ook nog eens een van de meest uitdagende opleidingen aan de TU Delft en dat beviel me wel.” Blik op de toekomst Hoewel ze nog maar aan het begin van haar wetenschappelijke loopbaan staat, heeft Nadine Duursma duidelijke ambities voor de toekomst. Ze droomt over studeren in het buitenland en verwacht dat ze enige tijd voor een bedrijf zal werken om daarna mogelijk voor zichzelf te beginnen. “Het lijkt me interessant om te proberen vliegtuigen in te zetten als openbaar vervoer”, vertelt ze. “Ik hoop dat we in de toekomst niet meer met de trein maar met het vliegtuig naar ons werk gaan.” Ze heeft daarnaast veel respect voor astronauten, legt ze uit, omdat die intelligent en fysiek in goede conditie moeten zijn en hard werken. “Als ik in de toekomst ooit de kans krijg om astronaut te worden, dan pak ik die. Ik zou het in ieder geval proberen. Ik ga er niet van uit, maar waarom zou je het niet proberen?” Steun voor de volgende generatie Door middel van beurzen blijft de IAWA de ontwikkeling ondersteunen van vrouwen met een passie voor een loopbaan in de luchtvaart en ruimtevaart. Die omschrijving is zeker op haar van toepassing. “Nadine is dankzij haar levenslange interesse in de luchtvaart en haar toewijding aan een technische opleiding luchtvaart- en ruimtevaarttechniek een geweldig rolmodel en een toekomstig leider voor deze industrie”, aldus Piccione. “We verheugen ons niet alleen op onze samenwerking met Nadine, maar met alle studerende vrouwen in dit vakgebied.” Piccione benadrukt dat de IAWA het bieden van steun aan de volgende generatie en hulp aan mensen die de industrie proberen binnen te komen erg serieus neemt. Vanuit haar jarenlange ervaring in de luchtvaartindustrie benadrukt ze het belang van een professioneel netwerk, contactpersonen en bekendheid binnen de industrie. “Wij hopen dat alle jonge vrouwen die een loopbaan binnen de luchtvaart en ruimtevaart ambiëren hun naam zullen toevoegen aan onze mailinglijst”, licht ze toe. “In de loop van het jaar worden er over de hele wereld IAWA-evenementen georganiseerd.” Op donderdag 11 oktober is Piccione op de TU Delft om Duursma officieel haar IAWA-beurs te overhandigen. Deze uitreiking vindt plaats direct na de eerste lezing in het kader van het nieuwe initiatief Diversity Talks van de universiteit. Daarnaast zullen Nadine en de ontvangers van beurzen aan andere universiteiten op het podium worden geëerd tijdens de 30e jaarlijkse IAWA-conferentie die 24-26 oktober in Memphis (Tennessee) zal worden gehouden. Zie ook Humans of TU Delft: Nadine Duursma in Delta Nadine Duursma Lisa Piccione, algemeen directeur IAWA

Wat vliegende robots ons kunnen leren

‘Fruitvlieg’ is niet het eerste waar je aan denkt als je de Delfly Nimble ziet fladderen, met zijn 30cm spanwijdte. De luchtacrobatiek van de robot heeft echter veel weg van het gedrag van de fruitvlieg. Zijn ontwikkelaars konden hiermee enkele belangrijke aannames testen over hoe dit insect ontsnappingsmanoeuvres uitvoert. Hun recente publicatie in Science is nog maar het begin van wat vliegende robots ons kunnen leren over hoe insecten vliegen. De Nimble is de meest recente robot in een lijn van ‘ micro-air vehicles ’, ontwikkeld door onderzoekers van het TU Delft MAVLab. “Het is ons eerste ontwerp zonder vliegtuigstaart,” zei dr. Matěj Karásek, postdoc-onderzoeker bij het MAVLab. “Net als insecten gebruikt deze robot alleen zijn vleugels voor het maken van rotaties om elk van zijn drie lichaamsassen.” Volgens dr. Guido Croon, wetenschappelijk directeur van het MAVLab, “is de Nimble een belangrijke stap richting ons ultieme doel: een ultralichte, veilige en intelligente micro-drone. Omdat de Nimble zo wendbaar is, kan hij in veel uitdagender windomstandigheden vliegen dan onze voorgaande drones met vliegtuigstaart.” Geïnspireerd door de natuur Stel je voor dat de Nimble rechtop staat, zoals een mens. Voor rotaties om de hoofd-voet-as (‘gieren’ in luchtvaartterminologie) duwt de Nimble de ‘onderkant’ van beide vleugelparen in tegenovergestelde richting, waardoor de vleugels onder een hoek van elkaar komen te staan. Voor rotaties om de links-rechts-as duwt de Nimble beide vleugelparen (in hun geheel) richting buik of rug. “Deze strategieën zijn vergelijkbaar met die van fruitvliegen en andere insecten,” zei Karásek. “Rollen is een uitzondering. Voor een zijwaartse rotatie (om de buik-rug-as) varieert de fruitvlieg de grootte van zijn vleugelslag, terwijl wij de frequentie van de vleugelslag aan een kant van zijn lichaam aanpassen. We kopiëren de natuur niet, maar laten ons erdoor inspireren.” Het hart van de Nimble is de autopilot van 2,8 gram. Deze programmeerbare microcontroller bevat ook de sensoren voor het bepalen van de stand en versnelling van de robot. Volgens Karásek “komen de besturingsalgoritmes overeen met hoe wij denken dat insecten vliegen.” Met een druk op de knop Als de Nimble geen opdracht (meer) krijgt van de afstandsbediening, dan keert hij uit zichzelf terug naar een zwevende positie. Zijn lichaam hangt dan verticaal terwijl hij zeventien keer per seconde met zijn vleugels slaat. Maar met zijn sensoren en aanpassingen in de dynamiek van zijn vleugels kan hij ook vooraf geprogrammeerde opdrachten uitvoeren. “Dit kunnen acrobatische elementen zijn zoals een draai van 360 graden, maar ook een beweging geïnspireerd op de ontsnappingsmanoeuvres van fruitvliegen,” zei Karásek. “Met een druk op de knop zetten we deze beweging in, en we krijgen de controle over de Nimble pas terug als hij weer in zweefstand hangt.” Een kijkje in de hersenen van een fruitvlieg “Het is heel frustrerend als fruitvliegen telkens weer weten te ontkomen aan onze pogingen om ze te pletten,” zei Karásek. “Wetenschappers hebben geprobeerd hun ontsnappingsmanoeuvres te beschrijven aan de hand van videobeelden, gemaakt met een hogesnelheidscamera. Maar voor bewijs zouden we in de hersenen van een fruitvlieg moeten kunnen kijken. Met de Nimble hebben we een alternatieve methode.” In samenwerking met Florian Muijres, bioloog en universitair docent aan Wageningen University & Research, hebben onderzoekers van het MAVLab de Nimble geprogrammeerd om deze ontsnappingsmanoeuvres na te bootsen. Ze vonden opmerkelijke overeenkomsten tussen de capriolen van de robot en die van fruitvliegen. In formule vangen “Onze belangrijkste ontdekking is een nieuw aerodynamisch effect dat de fruitvlieg helpt bij het maken van bochten,” zei Karásek. “Bij zowel de fruitvlieg als bij onze robot namen we rotaties om de hoofd-voet-as waar. Maar bij onze robot wisten we zeker dat dit een passief effect was omdat we het mechanisme om te gieren hadden uitgeschakeld. Deze rotatie is het gevolg van het samenspel tussen een zijwaartse beweging en het aanpassen van de vleugelstand voor rotatie om een andere as.” De onderzoekers hebben dit complexe mechanisme, waarmee de fruitvlieg zijn lichaam naar de ontsnappingsrichting draait, in een verrassend eenvoudige formule weten te vangen. Zo behendig als een bij Het onderzoek met de Nimble is door Science gepubliceerd. Maar volgens Karásek “is er nog zo veel meer dat we dankzij onze robots over insecten kunnen leren. En er is zoveel meer dat we van insecten kunnen leren om onze robots te perfectioneren. In een door NWO gefinancierd project, ‘ To be as nimble as a bee ’, werken de MAVLab onderzoekers weer samen met Wageningen University & Research. In dit project onderzoeken ze hoe vliegende insecten omgaan met plotselinge windvlagen. Ze willen ook begrijpen hoe en waarom ze niet allemaal dezelfde zintuigen gebruiken voor evenwicht en vluchtstabilisatie. “Fruitvliegjes gebruiken hiervoor zogenoemde ‘halters’, biologische gyroscopen. De gyroscopen in onze autopilot zijn op hetzelfde principe gebaseerd. Maar sommige vliegende insecten hebben geen halters en toch kunnen ze uitstekend vliegen. Welke zintuigen gebruiken zij hiervoor, en hoe gebruiken ze die?” vroeg Karásek. Kleiner en slimmer De huidige Delfly Nimble heeft slechts beperkte autonomie. Ja, hij vliegt draadloos, maar zijn gedrag wordt volkomen bepaald door enkele honderden regels computercode en door externe commando’s. Bovendien is de Nimble blind. Iemand moet hem besturen of hij zal ergens tegenaan vliegen. “We willen dat de Nimble intelligent genoeg is om geheel zelfstandig te vliegen, met behulp van een enkele camera,” zei Croon. “En we hebben al draadloze technologie ontwikkeld om onze drones in zwermen te laten vliegen.” Karásek verwacht dat hij de robot nog flink kleiner kan maken. Hij legde uit dat “robots met flapperende vleugels veel efficiënter kunnen vliegen dan de traditionele drone met vier propellers, met name bij verdere miniaturisatie.” Op de vraag naar een futuristische toepassing voor zulke kleine, wendbare en slimme drones, antwoordde Karásek: “Stel je een zwerm mini-Nimbles voor die autonoom door een broeikas vliegen, en die alle bloemen bestuiven.” Meer informatie: - Hier vind je een film van de Delfly Nimble . - Het Science artikel vind je hier.

Nieuwe MOOC luchtvaart- en ruimtevaarttechniek gelanceerd

Na het succes van de eerste MOOC (massive open online course) van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft bereidt de faculteit zich voor op de lancering van een gloednieuwe MOOC. Introduction to Aerospace Structures and Materials , een interactieve cursus van zeven weken, ging live op 28 augustus 2018. Kwaliteitsonderwijs toegankelijk maken De eerste MOOC van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de TU Delft, Introduction to Aeronautical Engineering , ging online in 2014. Deze was gebaseerd op een bestaande cursus aan de TU Delft die universitair docent Mark Voskuijl had helpen opzetten. “Onze oorspronkelijke visie, ‘we willen de wereld scholen’, klinkt misschien wat hoog gegrepen”, zegt hij. “Maar het algemene idee is dat iedereen toegang moet hebben tot onderwijs van hoge kwaliteit, en met MOOC’s kun je dat op inleidend niveau aanbieden.” MOOC’s zijn per definitie online cursussen die kosteloos toegankelijk zijn voor iedereen. Bij het maken van een MOOC komen heel andere dingen kijken dan bij een college dat aan de universiteit wordt gegeven. Voskuijl vertelt dat er veel ontwikkelwerk aan voorafgaat, maar dat het materiaal, wanneer het klaar is, wel lange tijd kan worden gebruikt. “Je hebt geen college van 90 minuten, je moet korte videofragmenten maken, gevolgd door oefenmateriaal”, zegt hij. “Duizenden studenten volgen de cursus, en dat bemoeilijkt de communicatie. We ontwikkelen veel interactieve oefeningen, zodat ze kunnen controleren of ze het materiaal onder de knie hebben.” Voskuijl vindt de kwaliteit van de eerste MOOC van de faculteit behoorlijk hoog. “In sommige opzichten zijn de video’s veel beter dan een traditioneel college, omdat je er echt goed over nagedacht hebt tijdens de voorbereiding, en je alle informatie op een goede manier in de fragmenten hebt verpakt”, legt hij uit. Hij gebruikt nu zelfs enkele van de video’s van de MOOC in zijn college aan de TU Delft, zodat hij daarin bijvoorbeeld interviews met piloten of rondleidingen in een vliegtuig kan opnemen, dingen die je niet kunt doen tijdens een live college. Groot bereik Sinds de start hebben meer dan 60.000 mensen zich aangemeld voor Introduction to Aeronautical Engineering. Die maken de cursus niet allemaal af, maar dat aantal geeft zeker aan dat er veel interesse is, en dat cursussen zoals deze een groot potentieel bereik hebben. Docenten kunnen tijdens de cursus op een interactieve kaart zien waar deelnemers zich bevinden. En Voskuijl merkte op dat sommige studenten in bijvoorbeeld India bij elkaar kwamen tijdens de MOOC. “Ze zijn echt overal ter wereld. Op een wetenschappelijke conferentie kwam iemand van het MIT eens naar me toe en zei dat hij me kende. Ik was heel verrast dat hij mijn cursus had gevolgd. Hij was hoogleraar op een iets ander gebied, en wilde meer weten over luchtvaarttechniek.” Voskuijl merkt ook dat steeds meer internationale masterstudenten de cursus volgen voordat ze naar Delft komen. “Het is goed dat zij zien hoe wij lesgeven en hoe de dingen bij ons gaan, want dat kan heel anders zijn dan in andere landen.” Een nieuwe MOOC met een lange geschiedenis De tweede MOOC, die zich richt op hoe vliegtuigen en ruimtevaartuigen worden ontworpen en geproduceerd, is op 28 augustus begonnen. Volgens universitair hoofddocent Gillian Saunders-Smits, een van de makers van de cursus, vult deze een gat in het online cursusaanbod van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Ongeveer vijf jaar geleden begon de afdeling Aerospace Structures and Materials een pilot voor het ontwikkelen van online mastervakken. “Maar we hadden altijd het gevoel dat er iets ontbrak, namelijk de introductiestap”, zegt ze. “Bovendien vinden we het een mooi idee om een ​​MOOC te maken, we delen graag onze passie voor constructies en materialen in de lucht- en ruimtevaart met zoveel mogelijk mensen, waar ter wereld ze zich ook bevinden en wat hun eerdere opleiding ook is.” De oorsprong van de cursus zelf gaat veel verder terug dan vijf jaar. Introduction to Aerospace Structures and Materials, een van de oudste vakken van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, werd in 1945 geïntroduceerd toen de eerste hoogleraar lucht- en ruimtevaartconstructies werd aangesteld aan de TU Delft. Uiteraard is de inhoud van het vak door de jaren heen geëvolueerd. Het gaat over ‘het vlees en de botten’ van het vliegtuig, zoals Saunders-Smits het noemt. “We vinden echt dat dit een soort showcase moet zijn van alles wat we hier bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek doen met constructies en materialen. We willen uitleggen hoe vliegtuigen werken en waarom ze kapotgaan, en veiligheid is ook deel van het verhaal.” Online onderwijs interessant maken Voor de cursusmakers is het belangrijk om MOOC-deelnemers conceptueel begrip en een basis voor het onderwerp te bieden. En er zijn veel verschillen tussen live en online leren. “Het belangrijkste is volgens mij dat je ervoor moet zorgen dat je de aandacht van de deelnemers houdt”, zegt Saunders-Smits. “De video’s moeten aantrekkelijk en gevarieerd zijn. We willen niet alleen pratende hoofden of een PowerPoint met voice-over. We proberen een mix te maken van veel verschillende dingen, zoals films, animaties, en activiteiten die telkens anders zijn.” Er zullen bij deze online cursus ook enkele unieke onderwijsbenaderingen worden gebruikt. Saunders-Smits legt uit dat er diverse experimenten zullen zijn die alle deelnemers individueel kunnen doen met behulp van materialen die ze thuis al hebben. “Hierdoor krijgen ze een beter idee van waar we het over hebben”, zegt ze. “Ze zien het niet alleen, maar hebben ook iets tastbaars waar ze van leren.” Daarnaast zal aan de studenten worden gevraagd wat hun favoriete vliegtuig of ruimtevaartuig is, en de wekelijkse opdrachten tijdens de cursus zullen daar zoveel mogelijk op gericht zijn. Deelnemers moeten nieuwe ontwerpopties bedenken, of uitleggen waarom of hoe een bepaald ontwerpprobleem kan worden opgelost. Zo krijgen ze meer inzicht in hun favoriete vliegtuig of ruimtevaartuig. Inschrijving Hoewel de inhoud van Introduction to Aerospace Structures and Materials nog vele jaren beschikbaar zal zijn, is het eerste aanbod uniek, omdat hierin meer interactie tussen deelnemers en docenten is. De startdatum nadert, en de inschrijvingsactiviteit is zeer bemoedigend. “Sinds het begin van de registratie in februari is er een gestage toename, en tot nu toe hebben we ongeveer 4000 deelnemers”, zegt Saunders-Smits. “Dat zijn meer mensen dan ik in totaal in 10 jaar hier les heb gegeven bij luchtvaart- en ruimtevaarttechniek!” Dit is slechts de tweede MOOC van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, maar er zijn veel meer betaalde cursussen beschikbaar, zowel voor studiepunten als voor professionele ontwikkeling. Klik hier voor meer informatie over de hele portfolio van online onderwijs aan de TU Delft.

Ruimte voor de zomer

Deze zomer verzamelen ruimtevaartdeskundigen en -professionals van over de hele wereld zich in Nederland voor het 31e jaarlijkse International Space University (ISU) Space Studies Program (SSP). Het Netherlands Space Office organiseert dit prestigieuze evenement van 25 juni t/m 24 augustus in samenwerking met de TU Delft, de Universiteit Leiden en het European Space Agency. Uniek programma Het in 1988 opgerichte Space Studies Program (SSP) is een negen weken durend professioneel ontwikkelingsprogramma op masterniveau dat elk jaar in een ander land wordt gehouden. Dit jaar vindt het programma plaats op verschillende locaties in Nederland, voor een groot deel aan de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Het interdisciplinaire curriculum omvat zowel technische als niet-technische ruimtegerelateerde vakgebieden, waaronder beleid en recht, bedrijfskunde en management, techniek, natuurwetenschappen en ruimtevaarttoepassingen. We verwachten ongeveer 140 deelnemers, meer dan ooit, die zullen worden gehuisvest op de campus van de TU Delft. “Het grootste deel van het onderwijs- en projectwerk tijdens de eerste weken vindt hier op de faculteit plaats,” zegt Ineke Boneschansker, communicatiemanager voor de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek en lid van het plaatselijke organisatiecomité. “De mensen die hier in de zomer werken of studeren, ervaren dan ook de energie die dit programma met zich meebrengt.” Leren van een breed scala van deskundigen Het SSU-programma is intensief en breed, met allerlei lezingen, groepsprojecten en bezoeken aan bedrijven. Boneschansker vertelt dat er ongeveer 225 docenten van over de hele wereld worden aangetrokken. “Dit zijn echt interessante mensen: astronauten van de NASA, ruimteondernemers, kunstenaars, sciencefictionschrijvers, filmers en filmregisseurs, maar ook artsen en juridische deskundigen op ruimtegebied, allemaal vakgebieden die wij zelf niet in huis hebben. En al die mensen gaan hier lesgeven. Ik vind het echt geweldig.” Een van die docenten is dr. Daphne Stam van de TU Delft, universitair hoofddocent planeetwetenschappen. Ze vindt het een eer dat ze uitgenodigd is om een ​​kerncollege te geven over planeten van het zonnestelsel en exoplaneten, en volgens haar profiteert de faculteit er ook van. “Onze ruimtevaartafdeling is de laatste jaren flink gegroeid, onder andere doordat belangstelling voor de ruimtevaart is toegenomen sinds commerciële bedrijven zich ermee bezighouden, zoals Elon Musk, die zijn Tesla lanceerde in de ruimte,” aldus Stam. “We genieten internationaal al een uitstekende reputatie, maar ik denk dat we door dit te organiseren onszelf nog meer op de kaart zetten.” Ze merkt ook op dat dit evenement bijdraagt ​​aan het ontstaan en versterken van vormen van samenwerking, in het bijzonder met de astronomen in Leiden. Voor elk wat wils Gelukkig kunnen ook niet-deelnemers aan het SSP profiteren van het zomerprogramma. Lokale organisatoren hebben namelijk de Sizzling Summer of Space gelanceerd, met tal van activiteiten die allemaal toegankelijk zijn voor het publiek. Er zullen evenementen voor ruimteliefhebbers van alle leeftijden plaatsvinden in Delft, Leiden, Den Haag en Noordwijk. “Ik weet dat mensen het druk hebben en dat het zomervakantie is, maar dit wordt echt bijzonder en het is beslist de moeite waard,” zegt Boneschansker. En er is absoluut voor elk wat wils. In de TU Delft Library zijn bijvoorbeeld de hele zomer de tentoonstellingen The Afterlife of Satellites en Food for Mars te zien. Op 26 juni geeft voormalig NASA-astronaut Jeff Hoffman een lezing over zijn vijf ruimtemissies, onder andere voor reparatie van de ruimtetelescoop Hubble. In het Science Centre wordt op 30 juni Asteroid Day gehouden, een dag met speciale aandacht voor asteroïden. En het Delftse filmhuis Lumen organiseert het Unlimited Space Film Festival, waarin onder andere op 12 juli de documentaire Orphans of Apollo wordt vertoond, met een inleiding van regisseur Michael Potter. Je kunt ook op 5 juli een bezoek brengen aan het Science Café in de Centrale Bibliotheek in Den Haag, waar drie wetenschappers korte, maar inspirerende lezingen zullen geven over de nieuwste inzichten in hun vakgebied. En op 10 juli geeft Pete Worden van Breakthrough Initiatives een lezing over het Starships-project. Heel interessant is ook een unieke robotbouwwedstrijd. Als onderdeel van hun lesprogramma gaan SSP-deelnemers Lego-robotlanders bouwen en programmeren. Ook leerlingen van lokale scholen gaan de uitdaging aan. Volwassenen en jongeren zullen het tijdens de grote finale op 14 juli tegen elkaar opnemen, in aanwezigheid van astronaut André Kuipers. Dit is nog maar een greep uit de vele evenementen in deze zomer. Klik hier voor een gedetailleerd schema en volledige beschrijvingen. Niet te missen kans Het is echt een unieke kans voor de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek en de lokale gemeenschap om mee te doen aan zowel het SSP als de Sizzling Summer of Space. “Het maakt de faculteit zichtbaar als onmisbare partner in de Nederlandse ruimtevaartsector,” aldus Boneschansker, “en het maakt ons zichtbaar voor de internationale ruimtevaartwereld.” Maar het is ook een kans om het grote publiek te laten zien wat de faculteit doet. Daarom vindt Boneschansker dat iedereen moet proberen deel te nemen. “Dit is zo'n groots evenement, en we doen dit waarschijnlijk nooit meer bij de faculteit. Het zou zonde zijn als mensen er niet van profiteren,” licht ze toe. “Probeer mee te doen aan de openbare evenementen en neem ook je kinderen mee. Ondersteun je collega’s die meedoen, en laat je zien.”

Vrouwen als gamechangers in lucht- en ruimtevaart

Hoewel steeds meer vrouwen voor een carrière in de bètarichting kiezen, is de kloof tussen mannen en vrouwen nog steeds aanzienlijk. Het goede nieuws is dat het aantal vrouwen bij de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek de laatste jaren in de lift zit. In 2016 maakten de vrouwen echter nog maar 13 procent van de studenten uit (bachelor en master), 20 procent van de promovendi en 13 procent van het wetenschappelijk personeel. Deze cijfers weerspiegelen het paradigma van het verleden, maar hoe ziet de toekomst eruit? We laten drie vrouwen van de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan het woord, gamechangers die zich niets van de genderkloof hebben aangetrokken, en die niet alleen andere vrouwen inspireren, maar ook de huidige en toekomstige generaties lucht- en ruimtevaartingenieurs. Dr. Sofia Teixeira de Freitas Universitair docent dr. Sofia Teixeira de Freitas heeft een onconventionele weg bewandeld naar haar carrière in de lucht- en ruimtevaarttechniek. Nadat ze in haar geboorteland Portugal haar masterdiploma civiele techniek had behaald, heeft ze eerst twee jaar in de bouwsector gewerkt. “In het eerste praktijkjaar miste ik al de uitdaging van het opdoen van nieuwe kennis, dus besloot ik om te gaan promoveren.” Zo belandde Teixeira de Freitas in Delft, waar ze in 2012 promoveerde in de civiele techniek, met onderzoek naar bruggen. Na haar promotie wilde ze graag nieuwe constructies verkennen. “Het leek me interessant om nog grotere uitdagingen op te zoeken”, herinnert ze zich. Daarom besloot ze te solliciteren naar een postdoctorale functie in de lucht- en ruimtevaart, om haar eerdere kennis en expertise toe te passen op gelijmde constructies in vliegtuigen. “Zij waren tenslotte de pioniers op het gebied van gelijmde constructies. Ik had wel zin om het te proberen. Het was geloof ik vooral de uitdaging die me tot deze switch bracht.” De stap pakte goed uit voor Teixeira de Freitas. In 2014 ontving ze de prestigieuze Delft Technology Fellowship, waarmee tenure-track-functies worden toegekend aan excellente vrouwelijke onderzoekers. Hierdoor had zij de unieke mogelijkheid om haar eigen onderzoeksgroep op te zetten. En in 2015 ontving ze bovendien een Veni-subsidie van NWO (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek). Teixeira de Freitas doet nu onderzoek naar de faalmechanismen en de verslechtering van gelijmde constructies, waarbij ze gebruikmaakt van de principes van de constructiemechanica. Teixeira de Freitas erkent dat lucht- en ruimtevaart een door mannen gedomineerd vakgebied is, vooral in hogere posities, maar ze gelooft dat er een verandering gaande is. Over haar fellowship en haar Veni-subsidie zegt ze: “Dergelijke stimulansen dragen er enorm toe bij dat vrouwen tot een hoger niveau kunnen doordringen. Ik vind het geweldig dat dit nu zo loopt en ik denk dat we de goede kant op gaan.” Kijkend naar de toekomst denkt Teixeira de Freitas dat er meer vrouwelijke docenten en hoogleraren moeten komen. “Wanneer we kennis aan studenten overbrengen, en daarmee laten zien dat vrouwen een carrière kunnen hebben in wetenschap en techniek, kunnen we een voorbeeldfunctie hebben voor meisjes die momenteel op de middelbare school zitten en overwegen naar de universiteit te gaan”, zegt ze. “Ze zien dan vrouwen die succes hebben, die gepassioneerd zijn over hun carrière in de bètarichting. Zulke rolmodellen zijn volgens mij ontzettend belangrijk.” Dr. Irene Fernandez Villegas Dr. Irene Fernandez Villegas heeft de bètawetenschappen altijd leuk gevonden. “Ik was echt geïnteresseerd in scheikunde omdat ik het leuk vond om met allerlei stoffen te experimenteren, en ik hield ook altijd van wiskunde”, vertelt ze. “Toen ik natuurkunde eindelijk begreep, vond ik dat ook leuk. Ik ben altijd een nerd geweest!” Al vroeg besefte ze ook dat ze onder druk het best presteert. Daarom koos ze voor lucht- en ruimtevaart, omdat dat haar de meest uitdagende studie leek. “In mijn opvoeding kreeg ik mee dat je alles kon doen wat je wilde. Ik werd vanaf het begin aangemoedigd.” Tijdens haar studie aan de Polytechnische Universiteit Madrid merkte Fernandez Villegas op dat er slechts ongeveer 10% vrouwelijke studenten en bijna geen vrouwelijke docenten waren. “Maar ik heb nooit het gevoel gehad dat mensen op me neerkeken of dat ik dingen niet kon of mocht doen omdat ik een vrouw was”, zegt ze. “Ik voelde me nooit minderwaardig behandeld, maar ik had altijd hele goede cijfers en dat helpt natuurlijk wel.” Foto: Henri Werij Na haar studie werkte Fernandez Villegas voor het Spaanse Instituut voor Lucht- en Ruimtevaarttechnologie ( Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial , INTA), waar ze zich vooral met materialen bezighield. Tijdens haar werk bij het INTA promoveerde ze ook in de lucht- en ruimtevaarttechniek aan de Polytechnische Universiteit Madrid. In 2008 kwam ze als onderzoeker naar de TU Delft, waar ze vier jaar later universitair docent werd. Op dit moment werkt ze aan lasprocessen voor composietmaterialen. Afgelopen jaar zijn er door haar onderzoek en haar zelfverklaarde koppigheid bepaalde dingen veranderd voor Fernandez Villegas. Toen ze tien jaar geleden aan de TU Delft begon, begon ze te werken aan een proces dat ‘ultrasoon lassen’ heet. Ze zag het potentieel, en vertelde Airbus over haar resultaten. “Ze zeiden dat ze dat proces nooit zouden gaan gebruiken omdat ze er niet in geloofden. Prima, zei ik, ik zal bewijzen dat jullie ongelijk hebben.” Vorig jaar presenteerde Airbus een lijst met de lastechnieken die ze voor hun nieuwe vliegtuig wilden gebruiken, en haar technologie stond boven aan de lijst. Fernandez Villegas leidt nu een project om die technologie geschikt te maken voor de industrie. Wat een mogelijke paradigmaverschuiving betreft denkt Fernandez Villegas dat we meisjes niet per se hoeven aan te moedigen om een bètacarrière na te streven. “Ik denk dat we ze moeten laten inzien dat ze kunnen doen wat ze willen, dat ze net zo slim of slimmer kunnen zijn dan jongens, en niet alleen in de bètawetenschap.” Maar voor vrouwen die een carrière in de lucht- en ruimtevaart ambiëren, heeft ze wel een woord van advies. “Vergeet niet dat je vrouw bent. Dit is een door mannen gedomineerd vakgebied en ik heb veel vrouwen gezien, onder wie mezelf, die zich als man probeerden te gedragen. Ik denk dat we niet uit het oog moeten verliezen dat we vrouwen zijn, en dat we anders zijn. Anders, niet minder.” Tineke Bakker-van der Veen Tineke Bakker-van der Veen heeft een foto van toen ze ongeveer twee jaar oud was en bij haar moeder en grootmoeder bij de landingsbaan op Schiphol zat om de vliegtuigen te zien landen en opstijgen. “Toen is denk ik mijn interesse voor de magie van de luchtvaart begonnen”, zegt de TU Delft-alumna (master in de luchtvaart- en ruimtevaarttechniek, 2005). Die passie is nooit verslapt en heeft uiteindelijk geleid tot haar huidige functie als managing director van Boeing Benelux & Nordics. Bakker-van der Veen zegt dat haar ouders een belangrijke rol hebben gespeeld door haar interesse in techniek te stimuleren. “Zelfs toen ik nog heel jong was, hebben ze altijd dingen aan me uitgelegd, en me met projecten laten helpen”, vertelt ze. Ze overwoog ook om werktuigbouwkunde te gaan studeren, maar koos voor lucht- en ruimtevaart vanwege de focus op innovatie en het “dagelijks oprekken van de grenzen”, zoals ze dit omschrijft. Bakker-van der Veen herinnert zich dat er tijdens haar studie in de wereld van lucht- en ruimtevaart geen vrouw in een hoge functie was die voor haar tot een voorbeeld kon dienen. Dat verklaart deels haar actieve betrokkenheid bij mentorprogramma’s en het stimuleren van belangstelling voor technologie bij jonge mensen. “We moeten de deur openzetten voor toekomstige generaties van vernieuwers, ondernemers en ingenieurs, we moeten beschikbaar zijn als ze contact willen maken, als ze met ons willen praten”, zegt ze. “Maar ik wil me niet alleen richten op de genderproblematiek; het gaat ook over inclusie, dat we elk kind echt enthousiast maken voor bètaonderwijs en laten zien dat bètavakken spannend zijn, dat je geweldige carrièremogelijkheden hebt in de lucht- en ruimtevaart, en dat iedereen daar een gamechanger kan worden. En als we dat doen, zetten we ook de deur open voor de volgende vrouwelijke leiders.” Vóór haar functie bij Boeing werkte Bakker-van der Veen voor bekende bedrijven als Rolls-Royce, Airbus en Fokker. Ze heeft in managementfuncties gewerkt maar kent ook de werkvloer uit eigen ervaring, en ze heeft zich altijd deel van het team gevoeld. Maar ze erkent dat vrouwen opvallen in deze door mannen gedomineerde omgeving. “Belangrijk voor mij was dat ik altijd al op mijn prestaties wilde worden beoordeeld, niet op mijn vrouw-zijn”, zegt ze. “Ja, als vrouw spring je er inderdaad uit in dit door mannen gedomineerde vakgebied. Maar dat heeft ook voordelen: als je dingen moet presenteren, trek je wel de aandacht. Dat betekent dat je goed moet presteren, want het is alsof er altijd een schijnwerper op je gericht staat.” Wat betreft inspiratie voor de volgende generatie lucht- en ruimtevaartingenieurs denkt Bakker-van der Veen dat het belangrijk is dat je dicht bij jezelf blijft. “Je kunt nooit een succesvolle carrière hebben door je te richten naar wat anderen van je verwachten”, vindt ze. Ook gelooft ze dat het goed is om open te staan voor feedback en om mensen te zoeken die je kunt vertrouwen en die eerlijk tegen je zijn. “Probeer te bedenken wat jij kunt bijdragen en welke sterke punten je hebt die echt een verschil kunnen maken voor het team.”

Die raket gaat wel/niet op

Ontwikkelaars van kleine satellieten, zoals universiteiten en kleine bedrijven, zijn voor de lancering daarvan afhankelijk van onbenutte ruimte in grote raketten. Ze hebben daardoor geen controle over de timing van de lancering en een beperkte keuze in de uiteindelijke baan van de satelliet. De commerciële ontwikkeling van raketten, specifiek voor een kleinere lading, biedt uitkomst. Nigel Drenthe verbeterde en valideerde hiervoor een kostenramingsmodel en ontving voor zijn afstudeerwerk, als eerste, de Heinz Stoewer Space Award. “Het zijn al lang niet meer de grote satellietprojecten waarover je in de media hoort,” zegt Nigel Drenthe. “Startups voor het ontwikkelen van nieuwe raketten bieden fascinerende technische innovaties, en iedereen claimt veel lagere kosten per kilogram lading.” Als jongetje was hij al gefascineerd door raketten. Natuurlijk ging hij luchtvaart- en ruimtevaarttechniek studeren. Hier leerde hij precies welke technische systemen noodzakelijk zijn om een raket gecontroleerd de lucht in te schieten. Maar hij leerde ook dat deze nooit zal vliegen zonder goede onderbouwing en beheersing van de kosten. Briljant, maar niet haalbaar “Ingenieurs hebben briljante ideeën,” zegt Drenthe, “maar ze hebben geen benul van wat die betekenen voor de winstgevendheid van de raket. Omgekeerd weten managers en marketingmensen niets van technische haalbaarheid.” Een bezoek aan de cost-engineering divisie van de European Space Agency (ESA) leerde hem dat er met name vroeg in het ontwikkelingsproces behoefte is aan een goed kostenramingsmodel. Hiermee kunnen keuzes gemaakt worden tussen bijvoorbeeld het kopen of zelf ontwikkelen van de benodigde technologie, of om de stekker uit een project te trekken. De ruimte tussen twee richtingen Omdat hij precies op het snijvlak van rakettechniek en kostenraming wilde afstuderen, zocht hij twee begeleiders: ir. Barry Zandbergen van de Space Systems Engineering groep (SSE) als dagelijks begeleider, en Prof. Dr. Ricky Curran van de Air Transport and Operations groep (ATO). Vanuit de ATO groep kwamen de inzichten over operationele aspecten en schaalvoordelen. De vliegtuigindustrie heeft de leercurve naar lagere productiekosten nu eenmaal al lang doorlopen. Een fijnmazig kostenmodel Het afstudeerwerk van Drenthe borduurt voort op eerder werk van Diettrich E. Koelle, een grootheid binnen de ruimtevaart en al sinds 1970 bezig met de kosten daarvan. “Koelle suggereerde dat commerciële partijen in de kosten kunnen snijden omdat ze minder vaak werk uitbesteden,” zegt Drenthe. “Dat scheelt in winstafdracht en in de omvang van de afdeling inkoop.” Drenthe nam dit mee in zijn verbeterde model en ging bovendien in veel meer detail in op de kosten voor de ontwikkelings- en productiefase. Geen schatting van de kosten voor een hele rakettrap, maar de kosten voor alle onderdelen zoals een navigatie-subsysteem, een brandstoftank en een brandstofomleidingssysteem. Vier lanceringen Met name het aantal lanceringen blijkt een belangrijke rol te spelen bij de kosten. “Pas bij vier lanceringen of meer zakt de bijdrage van de vaste kosten onder de algemeen geaccepteerde norm van 35% van de lanceringskosten,“ aldus Drenthe. “Denk hierbij aan de kosten voor faciliteiten, het onderhoudsteam en mission control.” Twintig procent nauwkeurig Volgens Drenthe is er weinig informatie publiekelijk beschikbaar over de ontwikkelingskosten van raketten. Hij heeft zijn model toch kunnen toetsen aan de hand van data, deels geheim, van twee kleine draagraketten: de Falcon 1 van SpaceX en de Pegasus XL van Orbital ATK. Zijn model bleek binnen twintig procent nauwkeurig. “Dat is voldoende voor de vroege ontwikkelingsfase,” zegt Nigel Drenthe. “We gaan zien of het ook klopt voor de raketten die nu in ontwikkeling zijn. Overigens geldt mijn model voor zowel kleine als grote draagraketten.” Een afstudeerder weet raad Tijdens zijn afstuderen heeft hij zijn model al gebruikt toen men bij de ESA overwoog een raket te lanceren van onder een straaljager. Daarmee zou een duur lanceerplatform kunnen worden vervangen door gebruik van een bestaand vliegveld. “Helaas bleek alleen een giftige raketbrandstof voldoende stuwkracht te bieden. Dat kan niet zomaar op een luchthaven in verband met veiligheidseisen. Ook liet mijn model zien dat de kosten van een dergelijk ontwerp zeer hoog waren.” De prijselasticiteit van een raket Ruimtevaart startups noemen zeer lage prijzen van vijf tot tien miljoen euro voor het vervoeren van een paar honderd kilo lading naar een lage omloopbaan. Omdat het aantal lanceringen in grote mate de prijs bepaalt, is ook de marketingkant interessant. “Een klassiek kip-ei verhaal,” zegt Drenthe. “Bij die prijzen ben ik ervan overtuigd dat veel kleine partijen daar gebruik van willen maken. En bij voldoende vraag naar kleine draagraketten zijn die prijzen volgens mijn kostenmodel haalbaar.” Naast de technisch-commerciële kant had hij graag ook deze prijselasticiteit gemodelleerd. “Een mooi onderzoek voor een nieuwe student.” Hier is een link naar zijn volledige afstudeerwerk en hier kunt u lezen over de prijsuitreiking.

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.