Van testen met vliegtuigmodellen tot luchtruimintegratie: terug- en vooruitblik NLR

Van testvluchten met een schaalmodel van een Airbus A320 tot en met de integratie van onbemand en bemand luchtverkeer: bij Koninklijke NLR spelen er tal van projecten die bijdragen aan de toekomst van de luchtvaart in Nederland. Dr. Barbara Ohlenforst, afdelingsmanager Vertical Flight & Aeroacoustics, en Joost Vreeken, programmaleider Onbemand & Autonoom van NLR blikken samen met Dronewatch terug op 2021 en kijken alvast vooruit naar volgend jaar.

Scaled Aircraft

Hoe test je een baanbrekend nieuw vliegtuigontwerp zonder eerst een zeer kostbaar prototype te hoeven bouwen? En hoe kun je metingen doen aan nieuwe voortstuwingssystemen voor luchtvaartuigen die gebaseerd zijn op accutechnologie of waterstof? Computersimulaties vormen slechts een deel van het antwoord. Want er spelen zoveel factoren mee, dat er altijd afwijkingen zullen zitten tussen computermodel en realiteit. Zelfs windtunneltesten met schaalmodellen hebben hun beperkingen.

NLR werkt daarom onder de noemer SCALAIR – kort voor Scaled Aircraft – aan een testmethode voor vliegende schaalmodellen. In 2020 verscheen een eerste artikel met uitleg over SCALAIR op Dronewatch; in 2021 werd er daadwerkelijk getest. Het idee is dat een schaalmodel kan fungeren als brug tussen de onderzoekswereld en de praktijk: computermodellen kunnen nauwkeuriger worden gemaakt door praktijktesten uit te voeren met geometrisch geschaalde modellen.

Eerst taxiën, dan vliegen

Afgelopen jaar vonden de eerste testen voor het SCALAIR-project plaats, met een door Orange Aircraft ontwikkeld 1:8,5 schaalmodel van een Airbus A320 vliegtuig, ook wel Scaled Flight Demonstrator (SFD) genoemd. Dit project maakt deel uit van het Europese Clean Sky 2 onderzoeksprogramma waarin o.a. ook Airbus, ONERA, CIRA en TU Delft aan deelnemen. Uiteindelijk is de bedoeling om het verschil in gedrag tussen het schaalmodel en het echte vliegtuig te kunnen vaststellen, om daarmee de schalingsregels te achterhalen. Maar voordat het model in 2022 daadwerkelijk de lucht in gaat, moest er eerst het nodige getest en getraind worden.

“Tijdens de eerste serie testen met het schaalmodel hebben we op hoge snelheid getaxied op de start- en landingsbaan van vliegveld Deelen”, vertelt Barbara Ohlenforst die zich vanuit NLR bezighoudt met duurzame luchtvaart, één van de kernthema’s binnen de organisatie. “Tijdens die testen zijn verschillende aspecten aan bod gekomen, zoals de dataverbinding tussen luchtvaartuig en piloot, de veiligheid en natuurlijk trainingsaspecten. Volgend jaar gaanwe, eerst in Deelen en later in Italië, daadwerkelijk vliegen. De piloot op afstand (een NLR drone-testvlieger) hebben we overigens zelf opgeleid, het gaat dus niet om een A320-piloot.”

Grote belangen

Het SCALAIR schaalmodel wordt bestuurd vanuit wat Ohlenforst een ‘high-tech aanhanger’ noemt. “Je moet je een ground control station voorstellen in de vorm van een cockpitomgeving, en dat in een aanhanger. Gezien hoge vliegsnelheid en beperkte flight envelope wordt het vlieggebied dat nodig is voor de operatie van dit toestel erg groot. Hiermee is het niet meer mogelijk om VLOS te vliegen met een zender aan de baan maar is het noodzakelijk om BVLOS vanuit een pilot seat te vliegen. Hierbij is gekozen voor een camera op de staart in combinatie met een head-up display om het perspectief van de piloot zo goed mogelijk te maken. Door het gebrek aan een safety pilot aan de baan is het dus nodig om een hoogwaardige video- en telemetrieverbinding met het toestel te hebben. Dat stelt de nodige eisen aan de verbinding, zoals we ook tijdens andere BVLOS-testen hebben ondervonden. Zo is 4G niet snel genoeg om videobeelden zonder te veel vertraging door te geven.”

De testen vergen veel van de betrokkenen. Wat dat betreft speelt de afdeling van Ohlenforst een belangrijke rol binnen het SCALAIR-project: “De belangen zijn groot en het toestel is zeer kostbaar. Met dit project zitten we echt op volledig nieuw terrein, we werken op het snijvlak van onbemande en bemande luchtvaart. Er spelen veel factoren mee en er staat veel druk op het team. ”

De NLR aanhanger met de cockpitomgeving waaruit de SFD bestuurd wordt

Luchtruimintegratie

Van een heel andere orde zijn de projecten op het gebied van detect&avoid en luchtruimintegratie waar NLR bij betrokken is. Daarover vertelt Joost Vreeken, verantwoordelijk voor het programma Onbemand & Autonoom. “Bij NLR doen we al jaren veel op het gebied van drones. Maar het ging vaak om losse en soms opvolgende projecten. De komende jaren gaan we meer inzetten op programmatisch werken. De drie kernthema’s daarbij zijn duurzame luchtvaart, competitieve lucht- en ruimtevaart, en veilige samenleving. Onbemand & Autonoom geeft daar als multidisciplinair programma verdere invulling aan.”

Als voorbeeld noemt Vreeken een project op het gebied van luchtruimintegratie. “Daarvoor is het essentieel om de posities van alle drones in een bepaald stuk luchtruim te weten. Dan speelt e-conspicuity (elektronische zichtbaarheid) een grote rol. Denk aan miniaturisatie van transpondersystemen, maar ook aan de ontwikkeling van systemen om de zogenaamde non-coöperatieve toestellen te detecteren, zoals microfoons, radar of visuele sensoren.”

Voorbereiden op U-space

Een ander vraagstuk betreft de integratie van drones die volgens instrumentregels vliegen (IFR) in het reguliere luchtruim, in het kader van U-space. “Daarvoor moeten we systemen voor UTM (unmanned traffic management) en ATC (air traffic control) integreren. Daarbij moet je niet alleen denken aan kleine pakket-bezorgende drones, maar ook aan onbemande vrachtvliegtuigen en in de toekomst mogelijk zelfs op afstand bestuurde passagiersvliegtuigen.”

Er zal ook hier het nodige getest moeten gaan worden, legt Vreeken uit. “We zijn ons nu samen met onder andere het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, Luchtverkeersleiding Nederland en het KNMI aan het voorbereiden op verschillende proeftuinen om U-space-concepten te gaan testen, specifiek gericht op de Nederlandse situatie. Want nationaal loop je toch altijd tegen afwijkingen aan. Denk aan het afschaffen van de PH-nummers voor drones en de transpondercodes. Daar moeten we dus iets anders voor verzinnen.”

DigiCity

Van een heel andere orde is de voorgenomen ingebruikname van DigiCity, een testterrein voor drones en luchttaxi’s in de stedelijke omgeving. Zoals je eerder in dit artikel hebt kunnen lezen maakt DigiCity onderdeel uit van het Smart Mobiliteit en Infrastructuur kennis- en testcentrum (MITC), dat in de provincie Flevoland gestalte krijgt. In 2022 zal DigiCity voor het eerst operationeel worden. Deze faciliteit wordt gerealiseerd door subsidie van Kansen voor West in het kader van REACT EU.

DigiCity wordt opgebouwd uit enkele tientallen herconfigureerbare containers, die geïnstrumenteerd worden met de nodige windsensoren en andere meetinstrumenten. Op die manier kunnen er snel verschillende vormen van bebouwing gesimuleerd worden. Vreeken: “Op deze locatie gaan we werken aan de inbedding van Urban Air Mobility in steden. Meerdere partijen kunnen daar gaan testen. Als launching customer van DigiCity gaat Avy in samenwerking met NLR een VTOL waterstoftransportdrone ontwikkelen.”

Waterstof

Ook op het vlak van waterstof als brandstof voor drones en vliegtuigen gebeurt er komend jaar het nodige. Het uitgangspunt is dat waterstof het gat gaat vullen tussen kleine batterij-aangedreven drones en grote vliegtuigen die op traditionele brandstof vliegen. Het einddoel is emissievrije luchtvaart. Wat in 2019 begon met met een drone die op waterstof vloog (de HYDRA), is inmiddels uitgegroeid tot een NLR-breed onderzoeksthema.

“Waterstof loopt als een rode draad door verschillende programma’s bij NLR, namelijk duurzame luchtvaart en Onbemand & Autonoom. Maar het nadeel van waterstof is dat er sterke tanks nodig zijn om het te vervoeren. Die zijn nu nog te zwaar voor de meeste luchtvaarttoepassingen. Daarom gaan we volgend jaar testen met lichtgewicht tanks, en met procedures rondom het vullen ervan”, vertelt Vreeken.

Een eerste prototype van waterstofdrone HYDRA uit 2019

Uitdaging

Van testen met schaalmodellen tot luchtruimintegratie en waterstof: het feit dat er zoveel ontwikkelingen tegelijkertijd spelen, blijkt ook meteen de grootste uitdaging.

Vreeken: “We proberen zicht te houden op alle ontwikkelingen. Daartoe staan we in nauw contact met het programmateam van het ministerie van IenW. Denk aan thema’s als unmanned cargo, onbemande satellietlanceerders, op afstand bestuurbaar maken van grotere luchtvaart. Steeds stellen we ons de vraag of het relevant is voor Nederland, en of het bij de doelstellingen en het takenpakket van NLR past. Ook ondersteunen we het bedrijfsleven bij fundamenteel onderzoek, en proberen we het gat tussen onderzoek en marktintroductie te overbruggen. Altijd met oog voor maatschappelijke acceptatie.”

Kijk voor meer informatie over de diensten die NLR levert aan professionele dronevliegers op nlr.nl/dronecentre.

Coverfoto: De Scaled Flight Demonstrator tijdens een hoge snelheids taxi-test op vliegveld Deelen.

Dit project heeft financiering ontvangen van Clean Sky 2 Joint Undertaking in het kader van het Horizon 2020-onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 717183 en 945583.

Wiebe de Jager

Wiebe de Jager (@wdejager) is oprichter van Dronewatch en auteur van de boeken Dronefotografie en Dronevideo's maken. Wiebe is A1/A2/A3 gecertificeerd dronepiloot en beschikt over een exploitatievergunning voor de Specific categorie.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Fotografeer Nederland vanuit de lucht en maak kans op een DJI Mini 3 Pro!

Wil jij kans maken op een DJI Mini 3 Pro inclusief DJI RC? Doe dan mee aan de fotowedstrijd MijnBesteDroneShot.

Stuur vóór 9 september tot 3 dronefoto's van Nederland in. De jury verkiest 2 winnende foto's: één voor de categorie tot 16 jaar en één voor de categorie 16 jaar of ouder. Beide winnaars ontvangen een drone!