Schoner vliegen binnen zeven jaar

Remko Akkerman voor een trekbank waarmee de sterkte van vezelversterkte kunststoffen kunnen worden gemeten
(Foto: Gijs van Ouwerkerk)

`Dit is valorisatie in de praktijk. We zullen in het onderzoek nog meer dan anders de toepassing in het oog moeten houden, en tegelijk als universiteit de wetenschappelijke kwaliteit moeten waarborgen,' zegt Remko Akkerman. Samen met universitair docent Ton Bor heeft de hoogleraar productietechnologie zich de afgelopen twee jaar ingezet voor de Twentse bijdrage aan het Europese Clean Sky initiatief. Dat beoogt in zeven jaar de luchtvaart aanmerkelijk `groener' te maken, onder andere door de CO2 uitstoot en de geluidshinder terug te dringen.

Clean Sky is een zogenaamd Joint Technology Initiative (JTI), een nieuwe Europese financieringsvorm voor vergevorderd onderzoek. Binnen de JTI Clean Sky gaan zes platforms ieder binnen zeven jaar een Integrated Technology Demonstrator (ITD) realiseren om nieuwe technologieën te kunnen toepassen in een vliegend demonstratiemodel. Gezamenlijk investeren de EU en de Europese luchtvaartindustrie 1,6 miljard euro. De ITD's worden geleid door grote Europese spelers als Airbus en Eurocopter. De platformleiders dienden een kwart van het hun toebedeelde budget toe te wijzen aan zogenaamde associate partners, onder de voorwaarde dat die vijf procent aan het budget zouden bijdragen via matching van de subsidie. Vanuit Nederland zijn vier consortia aangewezen als associate partner.

De Universiteit Twente neemt binnen drie van die consortia deel aan de projecten Intelligente vleugel, Tiltrotorvliegtuigen (helikopters) en Ecodesign. Het vierde Nederlandse consortium participeert in het project Systemen.

Dat Nederland met consortia meedoet aan Clean Sky is niet meer dan logisch, vindt Gerrit Bolding, deputy R&D director bij Stork Fokker. `Sinds het failliet van Fokker is er in Nederland geen partij meer in de luchtvaartindustrie die alle fasen van onderzoek en ontwikkeling zelf kan doen. Clusters zijn dus noodzakelijk. Veel onderzoek dat wij belangrijk vinden, beleggen we bij de universiteiten en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR).' Stork Fokker leidt twee van de vier Nederlandse Clean Sky consortia, te weten Intelligente vleugel en Eco-design. Volgens Bolding zijn de subsidies een unieke kans. `De industrie heeft weinig subsidiemogelijkheden voor eigen onderzoek. Al het geld gaat naar onderzoeksinstellingen. Met Clean Sky krijgen we nu vijftig procent van het onderzoek gesubsidieerd.'

Het consortium dat zich richt op de Intelligente vleugel wil met allerlei slimmigheden de efficiency van een vliegtuigvleugel verbeteren. `Denk aan ijsafzettingen op de vleugel tijdens de start en landing. Die leveren veel ongewenste weerstand en gewicht op,' vertelt Akkerman. `Binnen IMPACT ontwikkelen we verschillende methoden om iets aan die ijsafzettingen te doen. Actief, door een verwarmingselement in de vleugelhuid te integreren. En passief door de oppervlaktestructuur zo te veranderen dat water er niet op blijft liggen, en dus ook niet kan bevriezen.' Ook doen de Twentse groepen onderzoek naar verschillende regelsystemen om de luchtstroom rond vliegtuigvleugels te beïnvloeden.

Binnen het Eco-design-consortium gaat het om milieuvriendelijke productie en recycling van vliegtuigonderdelen. Samen met de andere consortiumdeelnemers ontwikkelt de UT methoden om delen van vliegtuigvleugels te produceren, die gemaakt zijn van lichte en sterke thermoplastische composieten. Ook vroegtijdig lokaliseren van schade aan materialen, door inbouwen van sensors en regelsystemen, is onderwerp van onderzoek (zie kader).

Binnen Clean Sky past alleen onderzoek waarvan de toepassing veelbelovend is, vertellen Akkerman en Bor. `Het is onze uitdaging om van een technologisch principe te komen tot een prototype in het laboratorium,' aldus Bor. Vindingen die succesvol blijken, zullen in samenwerking met de consortiumpartners verder worden ontwikkeld tot ze geschikt zijn voor toepassing in een vliegend demonstratiemodel. Bolding: `De inbreng van Stork zal pas over een paar jaar echt belangrijk worden, als wij gaan toepassen wat de universiteiten en het NLR ontwikkelen.'

Het derde consortium waar de Universiteit Twente een actieve rol in speelt, richt zich op tiltrotorvliegtuigen. Hierbij gaat het om geluidsarme aanvliegroutes en intelligente rotorbladen voor helikopters. Akkerman: `Het zou mooi zijn als je naar wens de vorm van het rotorblad kunt veranderen, zodat de bladen bij opstijgen en landen langzamer - en dus stiller - kunnen draaien, zonder dat je de mogelijkheid verliest om eenmaal hoog in de lucht flink gang te maken.' De trekker van dit consortium is Microflown Technologies, gevestigd in Arnhem maar van oorsprong een Twentse spin-off. Het bedrijf ontwikkelt en verkoopt wereldwijd als enige aanbieder akoestische sensoren die niet de geluidsdruk meten, maar de luchtdeeltjessnelheid. `Onze voornaamste afzetmarkt is voertuiginterieurgeluid in de automobielindustrie,' vertelt mede-oprichter en directeur Alex Koers. `Maar we richten ons nu ook op applicaties in de luchtvaartindustrie. Daar speelt het exterieur lawaai de belangrijkste rol. Wij denken dat onze sensoren een belangrijke rol kunnen spelen bij het bepalen van een milieu- en geluidsvriendelijk vliegtraject, dus wij wilden graag meedoen.' Koers denkt dat MKB-ondernemingen als Microflown Technologies over het algemeen sneller in staat zijn technologie te ontwikkelen dan grote instellingen. “Maar we konden niet zelf al het geld ophoesten dat je als associate partner voor Clean Sky moest meebrengen. Daarom zijn we samenwerking binnen Nederland gaan zoeken.”

De samenwerkingsverbanden pakten goed uit voor de subsidieaanvragers. Akkerman weet niet of het daar aan ligt, maar constateert dat tachtig procent van de Nederlandse aanvragen is gehonoreerd. `Kennelijk vinden de platformleiders van Clean Sky het ook belangrijk dat universiteiten en bedrijven hun kennis bundelen.' De UT kan straks acht promovendi aan het werk zetten, binnen vijf leerstoelen van onderzoeksinstituut IMPACT. Dat heeft ook intern heel wat overleg en afstemming gekost, maar dat was het wel waard. Akkerman: `We doen breed mee met Clean Sky en kunnen het luchtvaartonderzoek op de UT echt op de kaart zetten.'

Ook Stork en Microflown zien in deelname een goede kans om zich in de kijker te spelen bij de grote jongens in de luchtvaartindustrie. Bolding: `Door de Clean Sky subsidies kunnen we aan potentiële klanten laten zien dat Stork innovatief kan zijn. We kunnen laten zien waar we nu al goed in zijn, en dat ook nog verder verbeteren.' Exposure is ook één van de doelen voor Microflown, erkent Koers: `We willen het nut van onze applicatie bewijzen, maar verwachten door deelname in Clean Sky ook toegang te krijgen tot helikopterfabrikanten en andere mogelijke klanten in de luchtvaartindustrie. Daarnaast is het ook aardig eens een keer wat voor Twente terug te kunnen doen.'

Trillingsgedrag voorspelt schade
Een sterretje in de autoruit vermindert je zicht niet, maar kan de ruit als geheel zo verzwakken, dat hij door het kleinste hobbeltje in de weg ineens kan barsten. In materialen uit de vliegtuigindustrie is zo'n `sterretje' vaak onzichtbaarder, maar de gevolgen kunnen veel groter zijn. Niemand vliegt graag de oceaan over in een vliegtuig met verzwakte vleugels. `Daarom zou het mooi zijn als je kleine schade in het vleugelmateriaal kunt detecteren voordat er grote gevolgen zijn,' zegt Wouter Grouve, die in september vorig jaar de CTW-afstudeerprijs kreeg. Hij onderzocht voor zijn afstudeeronderzoek bij de vakgroep technische mechanica het trillingsgedrag in composietmaterialen met behulp van optische vezels.

Grouve pakt een smal, zwart balkje waar aan beide kanten een glasvezel uitsteekt. `In de vezel zitten markeringen op regelmatige afstanden. Die veroorzaken reflectie als je er licht doorheen stuurt. Het reflectiepatroon geeft informatie over vormveranderingen. Door continu te meten kunnen we vervolgens het trillingsgedrag bepalen.'

Grouve liet niet alleen zien dat het meten van trillingen op deze manier werkt. Hij ontwikkelde ook een model dat schade aan het materiaal kan lokaliseren door naar veranderingen in het trillingsgedrag te kijken.

Met de subsidies uit het Clean Sky project kan Grouves onderzoek worden voortgezet. `Het principe werkt, maar er zijn nog belangrijke vragen onbeantwoord,' zegt hij. `Enerzijds wil je de gevolgen van een kleine schade kunnen voorspellen. Met andere woorden: wanneer kan een kleine schade zich ontwikkelen tot een groot probleem? Daarnaast moeten we de kleinste schade bepalen die we nog kunnen meten.'

Aan de geometrie moet uiteraard ook nog wat gebeuren. Grouves balkje met één ingebedde optische vezel is nog geen vliegtuigvleugel of helikopterrotorblad.

In zulke structuren zullen veel meer optische vezels ingebed moeten worden om betrouwbaar te kunnen meten. Het terugrekenen van trillingsgedrag naar schade vereist ook een ingewikkelder wiskundig model. Toch is het te doen, denkt Grouve. `Het is mooi dat er door de Clean Sky subsidie straks een aio aan verder kan werken.' Die aio zal hij zelf niet zijn. Hij werkt inmiddels aan een ander promotieonderzoek binnen Akkermans leerstoel productietechnologie.

Flitspaal voor helikopters
Even met de helikopter van Amsterdam naar Keulen voor een zakenlunch. Opstappen op het dak van het WTC en landen midden in Keulen bij de Dom. Geen denkbeeldig scenario, denkt Alex Koers van UT-spin-off Microflown Technologies. `Maar denk je eens in wat een extra geluidshinder het in de steden geeft als de helikopter voor korte, zakelijke vluchten gemeengoed wordt.'

Stillere rotorbladen zouden die hinder sterk moeten verminderen, iets waar verschillende projecten van Clean Sky oplossingen voor ontwikkelen. Maar ook door het kiezen van de optimale aanvliegroute bij bepaalde weersomstandigheden, kan de geluidshinder op de grond sterk afnemen.

Microflown Technologies ontwikkelde voor haar unieke luchtdeeltjessnelheidsensor in eerste instantie toepassingen voor de automobielindustrie. Sinds enige tijd richt het bedrijf zich ook op applicaties voor de luchtvaartindustrie. `Onze Ultimate Sound Probe meet de 3D geluidsvector en kan bronnen detecteren binnen een straal van één kilometer,' vertelt Koers. `Breng je zo'n probe aan op de landingsplaats, dan werkt hij als een akoestische flitspaal. Daarmee kun je tegelijkertijd de geometrische positie van een helikopter volgen en het geproduceerde lawaai meten. En dus vaststellen of de piloot geen bochten afsnijdt of te hard vliegt.'

Volgens Koers is de probe daardoor handig voor de toezichthoudende en handhavende overheid. De vliegindustrie erkent de potentie van de Microflown sensoren om in vliegtuigmotoren zelf te meten. Het bedrijf neemt deel aan diverse grote Europese R&D- projecten met partijen als Airbus en de motorenfabrikanten Rolls-Royce en SNECMA.

In en vlakbij vliegtuigmotoren heersen hoge temperaturen en geluidsniveaus, en bovendien waait het er nog al. De Microflown sensor wordt voor deze extreme omstandigheden verder ontwikkeld in de cleanroom van MESA+ in Enschede.