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. 

Hoge fluittoon

In de eerste helft van zijn promotie, waarin hij zich bezig hield met metingen aan laag overvliegende vliegtuigen op Schiphol bleken veel vliegtuigtypes een grote geluidspiek te produceren met een frequentie rond de 1720 Hz. Dat is een irritante hoge fluittoon, vergelijkbaar met die van een hartmonitor die een hartstilstand aangeeft. “De fluittoon was met name bijzonder luid bij de Airbus A320, een van de meest populaire passagiersvliegtuigen aller tijden,” zegt Merino-Martinez. “Het bleek veroorzaakt te worden door een opening in het neuslandingsgestel, dat zich als een fluit gedroeg. Het is mijn meest geciteerde onderzoeksartikel tot nu toe en volgens mij gaat Airbus dit bij de nieuwere modellen oplossen.”

Een array van microfoons

“Het geluidsniveau van nieuwe vliegtuigontwerpen wordt gewoon niet goed genoeg voorspeld door de bestaande modellen. Ze geven niet voldoende detail en voorspellen vaak een te laag geluidsniveau,” legt Merino-Martinez uit. “Daarvoor zijn verbeteringen in de akoestische beeldvorming en de bijbehorende algoritmes noodzakelijk. Een enkele microfoon is voldoende om globaal het geluidsniveau te meten. Voeg een tweede microfoon toe en je kan enigszins de richting bepalen waar het geluid vandaan komt. Maar om vliegtuiggeluid echt te begrijpen en met een hoge resolutie te bepalen waar alle geluidsbronnen zitten, daar heb je een microfoon array voor nodig.”

Geluid veroorzaakt door vliegtuigvleugels

Uiteindelijk heeft Merino-Martinez het grootste deel van zijn promotie gewerkt aan het integreren van een veelzijdige microfoon array in de bestaande laminaire windtunnel van de TU Delft, om zo de gewenste metingen te kunnen doen. “Met onze oplossing kunnen we de microfoons eenvoudig herschikken, al naar gelang de vereisten voor het experiment,” zegt hij. “Soms wil je dat ze verder van elkaar af staan zodat je de locatie van de geluidsbronnen met een hogere resolutie kunt weergeven, soms wil je ze dichter bij elkaar hebben voor meer detail in het frequentiebereik van de array.” Daarnaast heeft hij ook veel tijd gestoken in het verbeteren van het algoritme voor het reconstrueren van de geluidsbronnen. “Ik wilde het geluid van vleugelprofielen nauwkeurig kunnen meten, zoals de vleugels van een vliegtuig of de wieken van een windturbine. Instabiliteiten in de luchtstroming aan de achterzijde van zo’n vleugelprofiel kunnen tot veel geluidshinder leiden”, zegt Roberto Merino-Martinez. De meeste algoritmes voor akoestische beeldvorming gaan uit van puntbronnen omdat deze wiskundig eenvoudiger zijn. Merino-Martinez herschreef het algoritme, zodat het ook mogelijk was om lijnbronnen van geluid nauwkeurig weer te geven. “Onze aanpak geeft betere resultaten dan bestaande oplossingen, zelfs dan die ontwikkeld door de NASA.”

Geruisloze vlucht van uilen

En zo konden Merino-Martinez en zijn collega’s met de nieuwe array en het verbeterde algoritme toch metingen aan variaties van twee geluid-reducerende technieken uitvoeren. “Beiden zijn geïnspireerd op de geruisloze vlucht van uilen,” licht hij toe. “Met hun veren creëren ze een zogenoemd zaagtandprofiel, wat de verstrooiing in de luchtstroom aan de achterzijde van hun vleugels gunstig beïnvloedt.” De onderzoekers bestudeerden het toevoegen van inzetstukken aan de achterzijde van de vleugelprofielen, die de luchtstroom op een soortgelijke manier beïnvloeden. “Wetenschappelijk gezien blijkt het een interessante oplossing,” zegt hij, “maar daadwerkelijke toepassing is nog ver weg omdat deze materialen vies kunnen worden of zelfs bliksem aantrekken.” Fabrikanten van windturbines maken al gebruik van de zaagtandprofielen, maar het kan nog wel tien jaar duren voordat de conservatieve vliegtuigindustrie hieraan toe is. “Veiligheid boven alles.”

Hoge fluittoon

In de eerste helft van zijn promotie, waarin hij zich bezig hield met metingen aan laag overvliegende vliegtuigen op Schiphol bleken veel vliegtuigtypes een grote geluidspiek te produceren met een frequentie rond de 1720 Hz. Dat is een irritante hoge fluittoon, vergelijkbaar met die van een hartmonitor die een hartstilstand aangeeft. “De fluittoon was met name bijzonder luid bij de Airbus A320, een van de meest populaire passagiersvliegtuigen aller tijden,” zegt Merino-Martinez. “Het bleek veroorzaakt te worden door een opening in het neuslandingsgestel, dat zich als een fluit gedroeg. Het is mijn meest geciteerde onderzoeksartikel tot nu toe en volgens mij gaat Airbus dit bij de nieuwere modellen oplossen.”

Een array van microfoons

“Het geluidsniveau van nieuwe vliegtuigontwerpen wordt gewoon niet goed genoeg voorspeld door de bestaande modellen. Ze geven niet voldoende detail en voorspellen vaak een te laag geluidsniveau,” legt Merino-Martinez uit. “Daarvoor zijn verbeteringen in de akoestische beeldvorming en de bijbehorende algoritmes noodzakelijk. Een enkele microfoon is voldoende om globaal het geluidsniveau te meten. Voeg een tweede microfoon toe en je kan enigszins de richting bepalen waar het geluid vandaan komt. Maar om vliegtuiggeluid echt te begrijpen en met een hoge resolutie te bepalen waar alle geluidsbronnen zitten, daar heb je een microfoon array voor nodig.”

Geluid veroorzaakt door vliegtuigvleugels

Uiteindelijk heeft Merino-Martinez het grootste deel van zijn promotie gewerkt aan het integreren van een veelzijdige microfoon array in de bestaande laminaire windtunnel van de TU Delft, om zo de gewenste metingen te kunnen doen. “Met onze oplossing kunnen we de microfoons eenvoudig herschikken, al naar gelang de vereisten voor het experiment,” zegt hij. “Soms wil je dat ze verder van elkaar af staan zodat je de locatie van de geluidsbronnen met een hogere resolutie kunt weergeven, soms wil je ze dichter bij elkaar hebben voor meer detail in het frequentiebereik van de array.” Daarnaast heeft hij ook veel tijd gestoken in het verbeteren van het algoritme voor het reconstrueren van de geluidsbronnen. “Ik wilde het geluid van vleugelprofielen nauwkeurig kunnen meten, zoals de vleugels van een vliegtuig of de wieken van een windturbine. Instabiliteiten in de luchtstroming aan de achterzijde van zo’n vleugelprofiel kunnen tot veel geluidshinder leiden”, zegt Roberto Merino-Martinez. De meeste algoritmes voor akoestische beeldvorming gaan uit van puntbronnen omdat deze wiskundig eenvoudiger zijn. Merino-Martinez herschreef het algoritme, zodat het ook mogelijk was om lijnbronnen van geluid nauwkeurig weer te geven. “Onze aanpak geeft betere resultaten dan bestaande oplossingen, zelfs dan die ontwikkeld door de NASA.”

Geruisloze vlucht van uilen

En zo konden Merino-Martinez en zijn collega’s met de nieuwe array en het verbeterde algoritme toch metingen aan variaties van twee geluid-reducerende technieken uitvoeren. “Beiden zijn geïnspireerd op de geruisloze vlucht van uilen,” licht hij toe. “Met hun veren creëren ze een zogenoemd zaagtandprofiel, wat de verstrooiing in de luchtstroom aan de achterzijde van hun vleugels gunstig beïnvloedt.” De onderzoekers bestudeerden het toevoegen van inzetstukken aan de achterzijde van de vleugelprofielen, die de luchtstroom op een soortgelijke manier beïnvloeden. “Wetenschappelijk gezien blijkt het een interessante oplossing,” zegt hij, “maar daadwerkelijke toepassing is nog ver weg omdat deze materialen vies kunnen worden of zelfs bliksem aantrekken.” Fabrikanten van windturbines maken al gebruik van de zaagtandprofielen, maar het kan nog wel tien jaar duren voordat de conservatieve vliegtuigindustrie hieraan toe is. “Veiligheid boven alles.”


Related stories

De verantwoordelijkheidskloof bij zelfrijdende auto's

Vliegen in een V