Impact aspecten bij botsing RPAS en vliegtuig

Transcriptie

1 Openbaar rapport NLR-CR mei 2016 Impact aspecten bij botsing RPAS en vliegtuig OPDRACHTGEVER: Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum NLR - Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum

2 Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum Het NLR is een toonaangevend, mondiaal opererend onderzoekscentrum voor de lucht- en ruimtevaart. Met zijn multidisciplinaire expertise en ongeëvenaarde onderzoeksfaciliteiten, levert NLR innovatieve, integrale oplossingen voor complexe uitdagingen in de aerospace sector. De werkzaamheden van het NLR beslaan het volledige spectrum van Research Development Test & Evaluation (RDT&E). Met zijn kennis en faciliteiten kunnen bedrijven terecht bij het NLR voor validatie, verificatie, kwalificatie, simulatie en evaluatie. Zo overbrugt het NLR de kloof tussen onderzoek en toepassing in de praktijk. Het NLR werkt zowel voor overheid als industrie in binnen- en buitenland. Het NLR staat voor praktische en innovatieve oplossingen, technische expertise en een lange termijn ontwerpvisie. Hierdoor vindt NLR s cutting edge technology zijn weg naar succesvolle lucht- en ruimtevaartprogramma s van OEM s zoals Airbus, Embraer en Pilatus. Het NLR draagt bij aan (defensie)programma s zoals ESA s IXV re-entry voertuig, de F-35, de Apache-helikopter en Europese programma s als SESAR en Clean Sky 2. Opgericht in 1919 en met 650 betrokken medewerkers, realiseerde het NLR in 2014 een omzet van 73 miljoen euro. Driekwart hiervan is afkomstig uit contractonderzoek, het overige betreft een overheidsbijdrage. Voor meer informatie bezoek:

3 NLR-CR mei 2016 Impact aspecten bij botsing RPAS en vliegtuig OPDRACHTGEVER: Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum AUTEUR(S): R.J. Roosien Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum NLR - Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum

4 mei 2016 NLR-CR Niets uit dit rapport mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt, op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de eigenaar. OPDRACHTGEVER Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum CONTRACTNUMMER --- EIGENAAR NLR DIVISIE VERSPREIDING RUBRICERING TITEL NLR Aerospace Operations Onbeperkt ONGERUBRICEERD 2

5 NLR-CR mei 2016 Samenvatting Incidenten tussen remotely piloted aircraft systems (RPAS, in de volksmond vaak drones genoemd) en vliegtuigen worden steeds vaker gemeld door piloten en verschijnen geregeld in de media. Dit roept de vraag op wat de potentiële gevolgen zijn van een botsing tussen een RPAS en een vliegtuig. Hierover is nog weinig bekend. Dit document verzamelt de huidige kennis over dit onderwerp en doet een oproep voor nader onderzoek. 3

6 mei 2016 NLR-CR

7 NLR-CR mei 2016 Inhoudsopgave Afkortingen 6 1 Introductie 7 2 Incidenten met RPAS 8 3 Huidig onderzoek 9 4 Certificering 10 5 Potentiele gevolgen van een botsing 11 6 Conclusies en aanbevelingen 12 7 Bronnen 13 5

8 mei 2016 NLR-CR Afkortingen ACRONIEM IenM ILT ILT kts RPAS OMSCHRIJVING Ministerie van Infrastructuur en Milieu Inspectie voor Leefomgeving en Transport Inspectie voor Leefomgeving en Transport Knopen/zeemijlen per uur Remotely Piloted Aircraft Systems 6

9 NLR-CR mei Introductie Een delegatie van IenM heeft recent een bezoek gebracht aan NLR in Marknesse voor een informatie workshop over RPAS. Tijdens deze sessie ontstonden er vragen over de potentiële impact van een botsing tussen een RPAS en een vliegtuig in relatie tot de eisen die gesteld gaan worden aan een RPAS vallend onder de mini-drone regeling (<4 kg). Dit document geeft een overzicht van wat er nu bekend is over de impact van een botsing tussen een RPAS en een vliegtuig. 7

10 mei 2016 NLR-CR Incidenten met RPAS In de media is veel aandacht voor incidenten met RPAS en vliegtuigen. Uit tellingen van de Inspectie voor Leefomgeving en Transport (ILT) blijkt het aantal incidentmeldingen sterk toe te nemen: van 8 in 2012, 15 in 2013, tot 27 in Hierbij zijn zowel RPAS als modelvliegtuigen inbegrepen (ILT, 2015) RPAS incidentmeldingen Figuur 1: Meldingen van incidenten met RPAS en modelvliegtuigen Tot op heden zijn er geen incidenten met doden of gewonden bekend. Hieronder volgt een kort overzicht van enkele incidenten. Tabel 1: Selectie van incidenten met RPAS Datum Locatie Gebeurtenis Mei 2016 Zwolle, NLD Melding door piloot van RPAS op 5 km hoogte (NOS, 2016) Mei 2016 Spaarnwoude, NLD Melding door piloot van RPAS in nabijheid van Schiphol (NOS, 2016) Mei 2016 Amsterdam Schiphol, Bijna botsing tussen RPAS en Boeing tijdens landing op NLD Schiphol (NOS, 2016) April 2016 A28 Hulshorst, NLD Bijna-botsing tussen RPAS en auto (De Stentor, 2016) April 2016 Londen Heathrow, GBR Botsing met niet geïdentificeerd object tijdens de landing. Object is vermoedelijk een RPAS. Geen schade. (NOS, 2016) April 2016 Melding door piloten van drie vliegtuigen over een of Amsterdam Schiphol, meerdere RPAS op m afstand tijdens de landing (AT5, NLD 2016) Bijna-botsing tussen RPAS en Airbus tijdens de nadering. Februari Parijs Charles de Gaulle, Piloot moest auto-pilot uitschakelen om uit te wijken 2016 FRA (Financieel Dagblad, 2015) Augustus Melding door piloot van Airbus over RPAS op 100 m afstand Ben Gurion, ISR 2015 tijdens landing (Knack, 2015) Juli 2015 Warschau Chopin, POL Bijna-botsing tussen RPAS en Embraer tijdens de nadering (Financieel Dagblad, 2015) Maart Bijna-botsing tussen modelvliegtuigje en traumahelikopter Nistelrode, NLD 2014 (Omroep Brabant, 2014) Mei 2013 Harderwijk, NLD Bijna-botsing met Socata (GA) (OVV, 2013) 8

11 NLR-CR mei Huidig onderzoek Naar de gevolgen van een botsing tussen een RPAS en een vliegtuig is tot op heden weinig praktisch onderzoek gedaan. Publieke resultaten van dergelijk onderzoek zijn nog niet beschikbaar. Theoretisch onderzoek is wel voorhanden, zo biedt het boek van Dalamagkidis, Valavanis en Piegl een theoretisch handvat voor de veiligheid van RPAS in civiel luchtruim (2012). Echter, hierbij gaat het met name om de kans op een ongeval (bijvoorbeeld een mid-air collision) en niet om de gevolgen. Onderzoek van de George Mason University (Dourado & Hammond, 2016) verwacht op basis van de Amerikaanse wildlife strike database dat de gevolgen van een botsing met een enkele RPAS van minder dan 2 kg minimaal zullen zijn. De kans op een botsing wordt door de onderzoekers voor de VS geschat op 3,06 x 10-5 per vlieguren. Echter, dit wordt volledig afgeleid van de kans op een birdstrike. Hierbij wordt de kanttekening gemaakt dat de kans op een RPAS-strike vermoedelijk lager zal liggen. Ook Exponent (2014) schat de kans op een botsing laag in. Echter, ook hier wordt deze schatting gebaseerd op de kans op een birdstrike. Over de potentiële impact van een botsing met een RPAS met een vliegtuigmotor zijn de meningen verdeeld. Sommigen schatten de impact laag in vanwege de robuustheid van gasturbines (Schneider, 2015), anderen verwachten catastrofale schade (Virginia Tech, 2015). Veel lijkt af te hangen van de hardheid van het object (harder is gevaarlijker) en het toerental waarop de motor draait (hoger, bijvoorbeeld tijdens de start, is gevaarlijker). Op basis van gepubliceerde experimentdata, berekeningen en test data van de impact van scherpe, metalen fragmenten op de huid van een vliegtuig trekken onderzoekers van de Monash University en de Australische civiele luchtvaart autoriteit de volgende conclusies (Radi, 2013): Door de aanwezigheid van harde delen, is de impact RPAS niet te vergelijken met die van vogels Indien een RPAS in de motor terecht komt wordt een motoruitval verwacht. Voor meermotorige, grote vliegtuigen hoeft dit niet catastrofaal te zijn omdat ze zo gebouwd worden dat ze ook na motorverlies door kunnen vliegen Boven de 200 kts wordt verwacht dat een RPAS door de vliegtuighuid heen dringt en systemen kan beschadigen Tijdens de landing (bij kts) wordt verwacht dat een cockpitraam bestand is tegen de impact van een RPAS tot 2 kg. Voor RPAS zwaarder dan 2 kg is dit niet het geval. Cockpitramen van general aviation op kruissnelheid zullen niet bestand zijn tegen de impact van een RPAS, ongeacht gewicht Het NLR heeft in het verleden zelf enkele testen met ballistische gel uitgevoerd om de impact van een botsing tussen een mini-rpas en een mens te schatten. Ook is er een val-test van ~12 m hoogte uitgevoerd om de schade aan een auto in te schatten wanneer een mini-rpas uit de lucht zou vallen. In deze twee tests bleef de schade beperkt tot enkele diepe schrammen, putten in de motorkap, en een bekraste (maar niet gebroken) voorruit. 9

12 mei 2016 NLR-CR Certificering Vaak worden paralellen getrokken met botsingen met vogels (birdstrikes), omdat hier veel data over beschikbaar is en de massa s vergelijkbaar zijn (Exponent, 2014). Zo specificeert de European Aviation Safety Agency s certification specification for large aeroplanes (EASA CS-25) waar een groot vliegtuig aan moet voldoen. EASA s specification for engines (CS-E) specificeert de eisen voor vliegtuigmotoren. Deze specificaties bieden ook eisen met betrekking tot birdstrikes. Niet alle categorieën geven echter certificeringseisen op het gebied van birdstrikes. Tabel 2 geeft een overzicht. Tabel 2: Overzicht EASA certificering op het gebied van birdstrikes (EASA, n.d.) EASA CS Titel Toepasbaarheid Birdstrike criteria CS-22 Sailplanes and powered (Gemotoriseerde) sailplanes zweefvliegtuigen tot 750 kg Geen Raam: 0,91 kg bij CS-23 Vliegtuigen met naderingssnelheid gelijk aan Normal, utility, aerobatic startgewicht tot 5670 kg en maximale and commuter aeroplanes 9 passagiers of minder naderingssnelheid met geopende flaps CS-25 Large aeroplanes Grote vliegtuigen met Raam: 1,81 kg op gasturbinemotoren kruissnelheid op zeeniveau Helikopter met startgewicht CS-27 Small rotorcraft tot 3175 kg en 9 passagiers Geen of minder Cat A: veilige CS-29 Large rotorcraft vluchtvoortzetting na Cat.A: startgewicht > 9072 botsing vogel 1 kg op kg en 10 of meer passagiers maximale snelheid Cat.B: startgewicht <9072 kg Cat B: veilige landing na of 9 of minder passagiers botsing vogel 1 kg op maximale snelheid Licht sport vliegtuigje met CS-LSA Light sport aeroplanes startgewicht beneden de 600 kg geschikt voor 2 Geen personen of minder CS-VLA Very light aeroplanes Licht vliegtuigje met startgewicht beneden de 750 kg geschikt voor 2 Geen personen of minder CS-VLR Very light rotorcraft Startgewicht 600 kg of minder Geen CS-E Engines Gasturbines Afhankelijk van grootte inlaat 1,85 tot 3,65 kg CS-P Propellers Propellor motor 1,8 kg op meest kritieke snelheid 10

13 NLR-CR mei Potentiele gevolgen van een botsing Een RPAS heeft andere eigenschappen dan een vogel, wat betekent dat de resultaten van birdstrikes niet zonder meer 1-op-1 vergeleken kunnen worden met de impact van een RPAS. Dit komt voornamelijk door het verschil in dichtheid en daardoor het verschil in de vervorming na een impact. Daar waar een vogel vervormd heeft een RPAS enkele harde onderdelen (bijvoorbeeld elektromotoren) die naar verwachting vrijwel niet vervormen bij een botsing. Ook ligt de botsingsnelheid mogelijk hoger. Deze twee factoren samen kunnen tot een ander schadebeeld voor RPAS leiden. Naast directe schade bestaat het risico dat de harde onderdelen uit een RPAS putjes slaan in bijvoorbeeld turbinebladen. Deze lokale verzwakkingen kunnen leiden tot spanningsconcentraties met vervroegde vermoeiingsschade tot gevolg. De gewichten van sommige RPAS liggen beduidend hoger dan de vogelgewichten zoals die bij de certificering gehanteerd worden. Daarnaast kunnen RPAS in volle vlucht behoorlijke snelheden behalen. Deze twee factoren roepen vragen op naar de impact van een RPAS met een cockpitraam. De tabel hieronder geeft een overzicht van gewichten en snelheden van enkele gangbare vogelsoorten en voor particulieren verkrijgbare RPAS. Tabel 3: Snelheden en gewichten van vogels en RPAS Type Gewicht (incl. payload) Snelheid Prijs (indicatie) Gans 3-4 kg 45 km/u - Zwaan kg Onbekend - RPAS (bijv. DJI Phantom 4) 1,5 kg 70 km/u 1600, - RPAS (bijv. DJI Inspire 1) 3,5 kg 65 km/u 2800, - RPAS (bijv. DJI M600) 15 kg 65 km/u 5300, - 11

14 mei 2016 NLR-CR Conclusies en aanbevelingen Er is nog maar weinig praktisch onderzoek gedaan naar de impact van een botsing tussen RPAS en vliegtuig. Vaak wordt verwezen naar birdstrikes voor een indicatie. Echter, het verschil in structuur en snelheid tussen vogels en RPAS zou tot een wezenlijk ander schadebeeld kunnen leiden. Ook zijn er voor sommige categorieën lichte vliegtuigen en lichte helikopters geen certificeringseisen op het gebied van birdstrikes. Juist deze categorieën kunnen kwetsbaar zijn in geval van een botsing. Aangezien RPAS aan populariteit winnen en het aantal incidenten toeneemt, lijkt het raadzaam hier nader onderzoek naar te doen. Elementen hieruit kunnen zijn: Identificeren van kritische componenten Component testen op RPAS-impact Full-scale testen in samenwerking met fabrikant Voorspellen verwacht RPAS-gebruik 12

15 NLR-CR mei Bronnen AT5. (2016, april 2). Bijna-botsing met drone boven Schiphol. Opgeroepen op april 21, 2016, van nu.nl: Dalamagkidis, K., Valavanis, K., & Piegl, A. (2012). On integrating unmanned aircraft systems into the National Airspace System. Springer. De Stentor. (2016, april 20). Drone zorgt voor levensgevaarlijke situatie op A28. Opgeroepen op april 21, 2016, van destentor.nl: Dourado, E., & Hammond, S. (2016). Do consumer drones endanger the national airspace? Evidence from wildlife strike data. Arlington, VA, USA: Mercatus Center, George Mason University. EASA. (2016). Certification specification for engines (CS-E). European Aviation Safety Agency. EASA. (2016). Certification specification for large aeroplanes (CS-25). European Aviation Safety Agency. EASA. (n.d.). Certification Specifications (CSs). Opgeroepen op 05 12, 2016, van European Aviation Safety Agency: Exponent. (2014). UAS Safety Analysis. UAS America Fund. Financieel Dagblad. (2015, 4 maart). Bijna-botsing tussen Airbus en drone. Opgeroepen op 2016 april, 2016, van fd.nl: 21 Financieel Dagblad. (2015, juli 28). Snelle opmars van drones bedreigt veiligheid luchtvaart. Opgeroepen op april 21, 2016, van fd.nl: ILT. (2015, juni). Informatieblad ABL - Incidentmeldingen drones. Inspectie Leefomgeving en Transport. Knack. (2015, augustus 13). Bijna-botsing van Brussels Airlines vliegtuig met drone. Opgeroepen op april 21, 2016, van knack.be: Nizampatnam, L. (1999). Models and methods for bird strike load predictions. Wichita, KS, USA: Wichita State University. NOS. (2016, 05 07). Opnieuw drone rakelings langs vliegtuig op Schiphol. Opgeroepen op 05 25, 2016, van NOS: NOS. (2016, mei 13). Opnieuw incident met drone bij Schiphol. Opgeroepen op mei 25, 2016, van NOS.nl: NOS. (2016, april 17). Passagiersvliegtuig Heathrow botste vermoedelijk met drone. Opgeroepen op april 21, 2016, van NOS.nl: 13

16 mei 2016 NLR-CR NOS. (2016, mei 19). Piloot ziet drone op recordhoogte. Opgeroepen op mei 25, 2016, van NOS.nl: Omroep Brabant. (2014, september 23). Traumahelikopter bijna gebotst met modelvliegtuigje boven Nistelrode. Opgeroepen op april 21, 2016, van omroepbrabant.nl: et+modelvliegtuigje+boven+nistelrode.aspx OVV. (2013). Kwartaalrapportage Luchtvaart (april-juni 2013). Onderzoeksraad Voor Veiligheid. Radi, A. (2013). Potential damage assessment of a mid-air collision with a small UAV. Civil Aviation Safety Authority (Australia)/ Monash University. Schneider, D. (2015, 03 11). What might happen if an airliner hit a small drone? Opgeroepen op 05 12, 2016, van IEEE Spectrum: Virginia Tech. (2015, 10 28). Engineering researchers seek remedies for threat posed by drones to commercial airliners. Opgeroepen op 05 12, 2016, van Virginia Tech: 14

17

18 NLR Anthony Fokkerweg CM Amsterdam p ) f ) e ) info@nlr.nl i )