Het verbeteren van de aerodynamica om geluidhinder tegen te gaan
Nadat Kylie Knepper haar studie Mechanical Engineering aan de Universiteit Twente afrondde, ging ze meteen aan de slag bij NLR. En wel op de afdeling Vertical Flight and Aeroacoustics. Dat is inmiddels meer dan tien jaar geleden en ze leert nog elke dag. Kylie staat als R&D Engineer Aeroacoustics aan de basis van belangrijke innovaties in de luchtvaart op dit moment. Aerodynamica en akoestiek zijn sterk met elkaar verbonden. Het verbeteren van de aerodynamica is een effectieve manier om ook geluidhinder van toestellen tegen te gaan. “Om het geluid van een vliegtuig zoveel mogelijk te beperken, kijken we hoe we de lucht rondom een vliegtuig zo efficiënt mogelijk zouden kunnen laten stromen”, zegt Kylie. Verbeteringen aan vliegtuigen, bijvoorbeeld het verhogen van de aerodynamica en het lichter maken van het toestel, zorgen zowel voor duurzamere als voor economisch efficiëntere luchtvaart. “Als je bijvoorbeeld minder brandstof verbruikt, dan maakt dat een vlucht goedkoper én duurzamer.”
Windtunneltest: een belangrijke mijlpaal
Kylie heeft zich de afgelopen tijd naast haar werk als ingenieur ontwikkelt tot projectleider voor windtunneltesten. In zo’n tunnel worden de omstandigheden buiten het vliegtuig in de lucht nagebootst. Deze testen zijn cruciaal voor de ontwikkeling en certificering van luchtvaartinnovaties.
“We testen uiteenlopende zaken, van nieuwe voortstuwingstechnologieën, zoals de propellers op een vliegtuig en nieuwe motoren, tot efficiënte vleugelconcepten”, vertelt Kylie. Haar taken zijn divers. Zo houdt ze zich onder andere bezig met het voeren van gesprekken met klanten en het schrijven van nieuwe projectvoorstellen (proposals). Daarnaast leidt ze projecten en voert ze zelf ook technisch werk uit. “De mix maakt het juist zo interessant”, zegt ze. De opdrachtgevers voor windtunneltesten zijn ook erg verschillend, van kleine en grote bedrijven tot overheden en defensiepartijen. Ook in Europese innovatieprojecten wordt regelmatig gebruik gemaakt van windtunneltesten.
Van theorie naar praktijk
Een onderzoek begint vaak met een theoretisch concept. Aan een windtunneltest gaan maanden of zelfs jaren voorbereiding vooraf. “We brengen het testprogramma in kaart en maken het model. We onderzoeken onder andere op welke schaal we het windtunnelmodel gaan maken en bekijken welke apparatuur en testcondities nodig zijn om de juiste meetresultaten te verkrijgen. Het is een heel pakket aan zaken waar we rekening mee moeten houden.”
Als het op papier klopt, dan kunnen de eerste testen in de windtunnel worden uitgevoerd. “Dit duurt vaak maar een paar weken, veel korter dan de voorbereidingstijd”, lacht Kylie. Maar voor haar als coördinator is dat wel een drukke tijd. “Bij elke test gebeurt er wel iets onverwachts. Dan moeten we beoordelen of en hoe we gaan afwijken van het testprogramma, natuurlijk altijd in overleg met de klant.” Daarna wordt de stap gezet naar de praktijk. Kylie: “Er wordt in ons werkveld al zestig jaar geroepen dat de windtunneltesten op een gegeven moment overbodig zullen zijn, omdat veel digitaal gemodelleerd en gesimuleerd kan worden. Toch ben ik ervan overtuigd dat ze relevant blijven. Het is immers een test die uiteindelijk theorie en praktijk met elkaar verbindt.”
De verbinder
Zij houdt zich bezig met de coördinatie van de windtunneltesten en stemt gaandeweg het proces alles af met de betrokken collega’s en klanten – zij is de verbinder tussen alle betrokken partijen. De teamspeler komt ook in haar vrije tijd naar voren. Naast haar werkzaamheden bij NLR is Kylie namelijk regelmatig op het korfbalveld te vinden. In het weekend speelt ze competitie. Daarnaast is ze onderdeel van een harp-ensemble. “Muziekles heb ik in de opvoeding van mijn ouders meegekregen. Ik doe het nog steeds met veel plezier. Elke twee weken gaan mijn harp en ik op pad vanuit Zwolle naar Hengelo om te repeteren.”
“Een windtunneltest verbindt theorie en praktijk met elkaar”
Geen dag hetzelfde
Waar dat voor sommigen misschien overweldigend voelt om alle partijen bij elkaar te houden en ingewikkelde processen te overzien, staat Kylie juist in haar kracht op dergelijke momenten. “Zo’n groot en complex proces in goede banen leiden, daar krijg ik echt energie van. Daarvoor gebruik ik een stukje van mijn eigen kennis, maar ik vind het ook vooral heel mooi om de kennis en expertise van collega’s en andere partners bijeen te brengen”. De multidisciplinariteit van het werk spreekt haar aan. “Het is een omgeving die nooit stilstaat, waar je elke dag iets nieuws kunt leren.”
Gestage groei
Kylie maakt weloverwogen beslissingen en bekijkt situaties altijd van verschillende kanten. Terugkijkend op haar loopbaan tot nu toe zegt ze dan ook: “Ik maak geen grote sprongen of omschakelingen in mijn carrière, bij mij is het meer een gestage groei.” Ze is trots op de stappen die ze heeft gezet. “Ik vond het een bijzonder moment toen ik na een jaar of twee meelopen met anderen, zelf mijn eerste grote project mocht leiden. We deden toen een windtunneltest voor de ontwikkeling van CROR (Counter Rotating Open Rotor) motoren.”
Nieuwe meettechniek ontwikkelen
Een van de grootste projecten waar Kylie de afgelopen tijd aan werkte, is de showcase als afsluiting van het strategische programma ‘Ontwikkeling van Luchtvaartuigen’ binnen NLR. De betrokken teams werkten samen aan het uiterste gedeelte van de vleugel van een passagiersvliegtuig. Kylie en haar team hebben een meettechniek ontwikkeld om de vervormingen van een vliegtuigonderdeel – zoals een propeller of een vleugel – en de stroming daar omheen te meten.
De vervorming van een propeller of vleugel in de lucht klinkt akelig, maar dat is het allerminst. Om vliegtuigen stiller en efficiënter te maken, worden propellerbladen en (onderdelen van) vleugels steeds vaker van composiet gemaakt in plaats van metaal. Dit is lichter en daarmee is het toestel zuiniger. Maar composiet is ook buigzamer dan metaal. “Hierdoor kunnen we de vleugels en propellers verder optimaliseren en voor een zo efficiënt mogelijke vlucht zorgen. Maar het is wel belangrijk om de buigzaamheid goed te monitoren en om in kaart te brengen wat de impact is op de luchtstroming”, legt ze uit. Zo kunnen de onderzoekers bijvoorbeeld berekenen of een toestel nog voldoende lift genereert om in de lucht te blijven hangen. Daarnaast kunnen zij bekijken wat de invloed is op het geluid. Tot nu toe was het alleen mogelijk om de buigzaamheid van een materiaal en de luchtstroming apart van elkaar te meten. Met het oog op de toekomst is juist de combinatie van deze factoren van belang.
Korte en lange termijn richting duurzame luchtvaart
Uiteindelijk is Kylies doel om bij te dragen aan een efficiëntere, stillere en duurzamere luchtvaart. Dat betekent niet alleen maar grote veranderingen en verschuivingen. “Ik verwacht dat we voor de duurzaamheidsdoelen voor 2035 vooral gaan inzetten op conventionele toestellen met relatief kleine verbeteringen. Denk bijvoorbeeld aan het gebruik van Sustainable Aviation Fuels (SAF): hiermee kunnen we de uitstoot van vliegtuigen beperken zonder dat er grote veranderingen nodig zijn in de aandrijflijn.”
Richting 2050 – wat het doel is om een compleet klimaatneutrale luchtvaart te hebben – komen er compleet nieuwe concepten en bijzondere geometrieën op de markt, verwacht Kylie. “Denk aan volledig elektrische toestellen of andere soorten vliegtuigen, bijvoorbeeld de blended wing body. Het toestel heeft daarbij de vorm van een driehoek. Het biedt kansen om de luchtvaart efficiënter en duurzamer te maken, maar er moet ook nog veel onderzocht worden. Hoe neem je bijvoorbeeld mensen en goederen zo efficiënt mogelijk mee in een vliegtuig met deze nieuwe vorm? Dat zijn vragen die we als sector de komende jaren moeten gaan beantwoorden.”
Kansrijke ontwikkelingen
Er zijn meer kansrijke ontwikkelingen. Neem distributed propulsion. Een toestel heeft dan niet één grote propeller, maar meerdere kleine propellers verdeeld over de vleugels. Ook zijn er nieuwe motoren in ontwikkeling, zoals de ‘Open Rotor architectuur’. “Allebei de ontwikkelingen zorgen voor een verbetering in de efficiëntie van de toestellen, maar er zijn ook nadelen. Zo zijn de motoren bij open rotor niet afgeschermd, waardoor ze kwetsbaarder zijn en meer geluid maken.” Het blijft een kwestie van de juiste afwegingen maken, om zo de efficiëntie van toestellen te verbeteren, de luchtvaart te verduurzamen en (geluid)hinder te beperken.
Blik vooruit
De komende tijd werkt Kylie toe naar het leiden van een groot, multidisciplinair Europees project. “Soms komen er vanuit de EU concrete vragen of problemen, waardoor het relatief eenvoudig is een onderzoeksvoorstel te maken. Andere keren gaat het om bredere kansen voor verbetering, waarbij we veel vrijheid hebben om zelf de aanpak en invulling van het project te bepalen. Het gaat in zo’n project niet alleen om technische kennis, maar ook om de achtergrond en het belang van het onderzoek en de impact op de Europese burgers.” Uiteindelijk worden uit alle ingezonden voorstellen één of meerdere partijen gekozen die aan het project gaan werken. “Het is een grote opgave, maar heel gaaf om te doen.”
