het belang van dnw voor nederland

Transcriptie

1 h e t b e l a n g va n D N W v o o r n e d e r l a N D

2

3 het belang van dnw voor nederland Het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) is één van de Grote Technologische Instituten in Nederland. Naast wetenschappelijk onderzoek verricht het NLR op non-profit basis toegepast onderzoek voor de lucht- en ruimtevaartsector, grotendeels in opdracht van overheden, bedrijven, luchtvaartinstanties en ruimtevaartorganisaties in binnen- en buitenland. Voorbeelden van toegepast onderzoek zijn het meten van vliegeigenschappen van vliegtuigen en helikopters, en het meten van belastingen op ruimtevaartuigen en lanceerders. Het gaat daarbij niet alleen om het meten van aërodynamische eigenschappen, maar ook om aëroakoestische belastingen en om geluid. De metingen worden gedaan in windtunnels. Het NLR heeft samen met het Duitse zusterinstituut DLR de Stichting Duits-Nederlandse Windtunnels (DNW) opgericht. Dit boekje geeft een uiteenzetting van het Nederlandse belang van DNW. Dit Nederlandse belang rust op de volgende twee pijlers: De eerste pijler van dit Nederlandse belang bestaat uit taken en prioriteiten waarbij het belang van de hele Nederlandse maatschappij aan de orde is. Hierbij gaat het om vier maatschappelijke opgaven: Duurzaamheid, Defensie, Veiligheid en Ruimtevaart. De tweede pijler van dit Nederlands belang is concurrentiekracht. Om concurrerend te blijven moet ons bedrijfsleven blijven innoveren. Nederland kan haar concurrentiekracht niet versterken middels lage lonen of goedkope grondstoffen. Innovatie is een must. Innovatie vraagt om samenwerking met universiteiten en andere kennisinstellingen. Als NLR op windtunnelgebied niet in eigen land terecht kan, zoeken we naar oplossingen over de grens, het liefst net over de grens. DNW is daarvan een mooi voorbeeld. Het Nederlandse belang in DNW berust dus op twee pijlers die samen sterker zijn dan ieder op zich. Het belang voor B.V. Nederland, de versterking van de concurrentiekracht, maakt de vervulling van het Nederlandse, maatschappelijke belang financieel haalbaar omdat de belangrijkste inkomsten van DNW van het bedrijfsleven komen; het bedrijfsleven ondersteunt daarmee via DNW ook direct de vier maatschappelijke taken van Nederland. Ik nodig u uit om kennis te nemen van dit Nederlandse belang en hoop dat u deze visie met ons wil delen. Bas Oskam Divisiemanager Lucht- en Ruimtevaartuigen, NLR

4 maatschappelijke taken en prioriteiten 2

5 inhoudsopgave HET belang van DNW voor nederland 1 DE betekenis van DNW voor nederland 5 MaatSChaPPelIJKE taken en PRIorIteIten 9 Duurzaamheid, een maatschappelijke opgave 9 Defensie, een maatschappelijk taak 12 Veiligheid, een maatschappelijke topprioriteit 15 Ruimtevaart, een maatschappelijk belang 18 VERSterKIng van ConCUrrentIEKraCht 21 Innovatie in vliegtuigontwikkeling en concurrentiekracht 21 Concurrerende industrie voor Nederland 26 Strategische positionering van Nederlandse spelers 28 HIStorIE DNW 31 DNW WINDTUnnelS 33 Large Low Speed Facility (LLF) 33 Lage-Snelheids Windtunnel (NWB) 33 Lage-Snelheids Windtunnel (LST) 33 Cryogene Windtunnel (kkk) 33 Hoge Druk Windtunnel (HDG) 33 Hoge-Snelheids Windtunnel (HST) 34 Transonische Windtunnel (TWG) 34 Cryogene Ludwieg Tube (KRG) 34 SuperSonische Windtunnel (SST) 34 Ludwieg tube (RWG) 34 Engine Calibration Facility (ECF) 34 WAT betekent DNW VOOR Nederland 3

6 4

7 De betekenis van dnw voor nederland De deelname aan de stichting Duits-Nederlandse Windtunnels (DNW) biedt de Nederlandse samenleving als geheel aanzienlijke voordelen. Die voordelen zijn duidelijk tastbaar op het maatschappelijk vlak. Ook op economisch terrein werpt de Nederlandse participatie in deze stichting vruchten af. Die gecombineerde maatschappelijke en economische betekenis van DNW voor Nederland is geen momentopname. De Nederlandse deelneming in DNW is een diepteinvestering waarvan de duurzame ambities van de overheid én de kennisintensieve economie nog decennia kunnen profiteren. De meerwaarde van DNW is het resultaat van de kwaliteit van de samenwerkende faciliteiten én die van het personeel die op wereldschaal excelleren. De Nederlandse overheid, in het bijzonder de ministeries van Defensie, Verkeer en Waterstaat en Economische Zaken hebben, binnen nationale en internationale kaders, beleid geformuleerd dat de maatschappelijke welvaart moet stimuleren. Deze overheidsstrategie manifesteert zich duidelijk in de Luchtvaartnota van Verkeer en Waterstaat. Deze schetst onder andere de duurzame groeikaders van de luchtvaartsector en formuleert beleidsprojecten van het Innovatieplatform. Op het internationale niveau kan het Lissabon-akkoord van de Europese Unie als een van de leidraden bij de formulering van beleid worden beschouwd. Daarin kwamen de regeringsleiders overeen dat Europa de status van de meest competitieve en dynamische kenniseconomie ter wereld moet nastreven. Milieudoelstellingen op het gebied van uitstoot en geluidshinder staan eveneens hoog op de politieke agenda. DNW beschikt onder andere in Nederland over de faciliteiten voor de ontwikkeling van de volgende generaties van verkeersvliegtuigen. Introductie van deze nieuwe verkeersvliegtuigen is cruciaal voor het behalen van de nationale en mondiale milieudoelstellingen. Introductie van een nieuwe generatie verkeersvliegtuigen is op lange termijn de belangrijkste mogelijkheid om de groei van vliegverkeer op te vangen binnen bestaande en vernieuwde milieudoelstellingen. In nauwe synergie vormen DNW en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaart Laboratorium (nlr) hét nationale kennisnetwerk dat het Nederlandse beleid met betrekking tot een actieve internationale en Europese rol op milieuterrein middels bijdragen aan vliegtuignieuwbouw kan realiseren. De Nederlandse overheid speelt bij het behalen van milieudoelstellingen een actieve rol, waarbij ook de veiligheid en de efficiëntie van de luchtvaart een belangrijke rol spelen. DNW is een cruciale aanjager van innovatie, internationaal beschouwd als dé motor van een kennisintensieve, duurzame economie. Zo is DNW een internationale blikvanger van één van de sleutelgebieden die zijn gedefinieerd door het Innovatieplatform welke de geambieerde kenniseconomie mogelijk maken: High-Tech Systemen en Materialen. DNW heeft doorslaggevende invloed op de ontwikkeling van speerpunttechnologieën op uiteenlopende terreinen. Van revolutionaire voortstuwingstechniek en innovatie procedures voor een efficiëntere afhandeling van vliegverkeer, tot windenergie en ruimtevaarttoepassingen. Daarmee steunt DNW niet alleen het Lissabon-akkoord, maar ook het streven naar kennisintensieve werkgelegenheid, van het hele land en, meer in het bijzonder, van de regio Flevoland. Mede dankzij DNW en nlr kan de overheid beschikken over de kennis die nodig is om vanuit een sterke positie hoogwaardig defensiematerieel te kunnen verwerven tegen een goede prijs-kwaliteit verhouding (smart buyer). Tegelijkertijd geeft DNW de Nederlandse luchtvaartsector een strategische positie in de arena van Europese en internationale WAT betekent DNW VOOR Nederland 5

8 vliegtuigontwikkelingsprogramma s. Die positie reikt verder dan de strategische overeenkomst die de Nederlandse sector onder aanvoering van de Nederlandse minister van Economische Zaken en zijn Franse evenknie in 2005 met de vliegtuigproducent Airbus sloot. Door de deelname in DNW kan de Nederlandse luchtvaartsector in een vroeg stadium anticiperen op mondiale ontwikkelingen. Daarnaast is er sprake van een toenemende verwevenheid van de internationale gemeenschap. Daar gaat stabiliteit vanuit. Hoe meer wederzijdse belangen, hoe groter de wil tot samenwerken. Nederland wil hierbij als open economie, die al decennia, misschien zelfs wel eeuwenlang afhankelijk is van goede contacten met andere landen, een voortrekkersrol spelen. Nederlandse regeringen hechten dan ook waarde aan het goede functioneren van internationale instituties zoals de navo, de Europese Unie, Verenigde Naties en het European Defence Agency (EDA). Ook hierbij heeft DNW haar bestaansrecht langdurig en gedegen bewezen. Onder andere door de effectiviteit en de efficiëntie van de operaties van de krijgsmacht te vergroten én door de westerse veiligheidsallianties te assisteren bij de vervolmaking van defensiematerieel. Een bestendige borging van DNW s kwaliteiten op het gebied van maatschappelijke welvaart én als katalysator van concurrentiekracht en de Nederlandse deelneming in DNW, is dus een kwestie van gezond verstand. 6

9 WAT betekent DNW VOOR Nederland 7

10 maatschappelijke taken en prioriteiten 8

11 maatschappelijke taken en prioriteiten Welvaart is uit te drukken in financiële zekerheid, in bruto nationaal product, of inkomen per hoofd van de bevolking. Maar kwaliteit van leven is óók welvaart. Een beschermd milieu, de betrouwbaarheid van instituties en een stabiel bestaan in de meest algemene betekenis van het woord zijn factoren die eveneens, misschien wel méér, de grootte van maatschappelijke welvaart die vanzelfsprekend nooit helemaal los kan worden gezien van de economische welvaart bepalen. Zoals uit onderstaande uiteenzetting blijkt, speelt DNW een rol van betekenis bij het steunen van deze, op maatschappelijke welvaart gerichte overheidsstrategie. Die ondersteunende functie van DNW is ingebed in nationaal en internationaal beleid van de overheid. Duurzaamheid, een maatschappelijke opgave Groei van economische welvaart door middel van het aanjagen van een innovatieve, concurrerende en ondernemende economie is één van de pijlers van Nederlands regeringsbeleid. De resulterende groei van de economische welvaart moet wel hand in hand gaan met een grotere veiligheid en groeiende duurzaamheid. Wereldwijd worden initiatieven ontplooid om de verwachte aanwas van de luchtvaart binnen maatschappelijk verantwoorde kaders te leiden, waaronder strikte milieunormen. Nederland loopt bij die wereldwijde trend niet uit de pas. Sterker, Nederland wenst een voortrekkersrol te spelen bij de verwezenlijking van een veilige en duurzame luchtvaart. De Nederlandse luchtvaartsector, met als pijler het netwerk rond Schiphol, fungeert hierbij als kraamkamer en als wereldwijd baken. DNW speelt hierin een tastbare, maatschappelijke rol. Dat duurzaamheidstreven ligt ook verankerd in het Kyotoprotocol, de Alderstafel en de aansluiting van de Nederlandse overheid bij verschillende Europese initiatieven om de milieuproblematiek te beheersen. DNW beschikt over de noodzakelijke faciliteiten om de verwezenlijking van deze mondiale en lokale milieudoelstellingen naderbij te brengen. DNW beschikt onder andere in Nederland over de faciliteiten voor de ontwikkeling van de volgende generatie zuinige en geluidarme verkeersvliegtuigen; introductie van nieuwe verkeersvliegtuigen is cruciaal om toekomstige milieudoelstellingen van onze nationale luchthaven Schiphol te kunnen verwezenlijken. De nationale luchthaven is een ongekende aanjager van economische bedrijvigheid en daarmee een grote generator van werkgelegenheid. In de Luchtvaartnota die het ministerie van Verkeer en Waterstaat begin 2009 uitbracht, spreekt de overheid zich uit voor een klimaatneutraal Schiphol in Die ambitie staat substantiële groei van het vliegverkeer rondom de luchthaven toe, maar tegelijkertijd moeten de emissies van schadelijke stoffen drastisch worden teruggebracht. Duurzaamheid heeft maatschappelijke, maar ook economische waarde. Het streven van de Nederlandse luchtvaartsector om duurzamer te opereren, is ook één van de pijlers van het beleid om aan concurrentiekracht te winnen. De eisen die internationaal aan de luchtvaart worden gesteld, zullen naar verwachting toenemen. Nederland, zo is de redenering, bevindt zich al op het gebied van innovatie en duurzaamheid in de mondiale voorhoede aangezien de bevolkingsdichtheid en de drukte van luchtruim de luchtvaartsector technisch en procedureel heeft gedwongen om maatregelen te nemen. Deze koppositie biedt economische meerwaarde. WAT betekent DNW VOOR Nederland 9

12 maatschappelijke taken en prioriteiten Dankzij de windtunnels en veelzijdige meetfaciliteiten speelt DNW bij dit duurzaamheidstreven een substantiële rol bij het reduceren van de geluidsproductie, het verlagen van het specifieke brandstofverbruik van de volgende generatie vliegtuigen, het reduceren van emissies en het behalen van grotere vliegveiligheid. Deze DNW-windtunnels zijn cruciaal voor bijvoorbeeld het behalen van de doelstellingen van Clean Sky, een programma op instigatie van de Europese Unie, dat streeft naar een aanzienlijke vergroening van de Europese luchtvaart. Zo moeten de uitstoot van CO 2 en no x worden gereduceerd met respectievelijk vijftig en tachtig procent. De geluidsproductie moet dankzij Clean Sky-projecten worden gehalveerd. De luchtvaartbranche spreekt over doorbraaktechnologieën die al in 2020 tot toepassingen moeten leiden. Ook Nederlandse bedrijven en kennisinstellingen nemen binnen Clean Sky deel aan de ontwikkeling van nieuwe kennis en technologieën, zoals de intelligente vleugel die gedurende de gehele vlucht zodanig van vorm verandert dat de luchtweerstand, met het oog op brandstofbesparing, zo laag mogelijk is. Daarnaast wordt gewerkt aan de groene helikopter die niet alleen over intelligente rotorbladen beschikt, maar ook gebruik maakt van geluidsarme aanvliegroutes. DNW is bij uitstek geschikt om de ontwikkeling van deze intelligente vleugel en duurzame helikopter naar de gezochte doorbraak te leiden. Naast de ondersteuning van Clean Sky biedt DNW ook steun aan internationale program- ma s die het groene gehalte van de luchtvaart moeten vergroten. Europese en internationale vliegtuigbouwers en motorfabrikanten die zich geconfronteerd zien met strengere milieueisen wenden zich tot DNW: o.a. Airbus, Rolls Royce, Dassault Aviation en Eurocopter. De lijst is lang. Om er een Europees project uit te lichten: DreaM, waarin het Counter Rotating Open Rotor (Cror) concept wordt onderzocht. Deze innovatieve voortstuwing vormt de ideale combinatie van straalmotor en propelleraandrijving met een potentiële rendementsverbetering van twintig tot dertig procent. Maar deze significante verlaging van het specifieke brandstofverbruik heeft een prijs: de open rotorbladen produceren vooralsnog meer geluid dan de huidige generatie straalmotoren waarvan de fanbladen in een geluiddempende behuizing zijn ondergebracht. Door optimale configuraties van de Cror te ontwerpen op basis van rekenmethoden en vervolgens in windtunnels te testen, wordt de gulden middenweg tussen rendement en geluidsbelasting bepaald. Wat op milieuterrein geldt voor de civiele luchtvaart, is zeker ook waar voor militaire vliegtuigen en helikopters: die moeten zich ook houden aan steeds strengere milieueisen. De navo-helikopter nh-90, waarover ook de Koninklijke Luchtmacht en de Koninklijke Marine gaan beschikken, is bijvoorbeeld in de Large Low Speed Facility (LLF) van DNW in Nederland gedetailleerd gemeten. NIEUWE Generatie Groene VlieGTUIGen De Counter Rotating Open Rotor (cror) vormt de gulden middenweg tussen propellermotoren en straalmotoren. De eerste zijn relatief zuinig, maar de snelheid die ze kunnen bereiken is beperkt. Bij straalmotoren is het omgekeerde het geval. DNW speelt een cruciale rol bij het onderzoek aan de ontwikkeling van deze cror. De cror vormt een rendementsverbetering van twintig tot dertig procent. Die verbetering wordt op verschillende manieren verkregen. Zo zijn de rotorbladen, behalve contraroterend, ook gekromd, wat een hogere rotatiesnelheid en dus een grotere stuwkracht en snelheid mogelijk maakt. Daarnaast zijn de fanbladen verstelbaar, bij gewone straalmotoren zijn ze gefixeerd. Bij de cror kunnen ze bij iedere snelheid in een stand worden gezet die op dat moment de minste brandstof kost. 10

13 Het ontwikkelen van zuinige en stille voortstuwingstechnologie en vliegtuigontwerpen draagt direct bij aan de gezochte duurzaamheid van de luchtvaart. Het vinden van technische en procedurele oplossingen om de capaciteit van het luchtruim te vergroten en het vliegverkeer efficiënter af te handelen, ondersteunen dit streven indirect. Ook op dat gebied biedt DNW ondersteuning. De capaciteit van het Europese luchtruim inclusief het Nederlandse luchtruim, en dan vooral rondom Schiphol is een flessenhals voor het verwerken van passagiers en vracht. Indien geen maatregelen worden genomen, stagneert het economische profijt van de nationale luchthaven, een spil van de bedrijvigheid van de Randstad. De initiatieven die zijn ontplooid om de afhandelingcapaciteit, zowel in de lucht als op de grond te vergroten, zijn daarom veelledig en ambitieus. De ondersteunende metingen bij DNW zijn dat eveneens. Eén van de projecten hiertoe is de analyse van de zogeheten wake vortex de luchtkolken (tipwervels) die landende en opstijgende vliegtuigen veroorzaken. Deze luchtkolken kunnen achteropkomend vliegverkeer in gevaar brengen. Om die reden wordt een minimale, veilige afstand tussen de vliegtuigen aangehouden. Het beter kennen van deze veilige afstand maakt het mogelijk om de separatieafstand Maar de cror heeft ook intrinsieke nadelen. Zo wordt het geluid van deze open rotorbladen niet afgeschermd en geabsorbeerd door een motorgondel, zoals wel het geval is bij de fan van straalmotoren. Maar het geproduceerde geluid kan aanzienlijk worden verminderd door de vorm van de propellerbladen aan te passen en de achter elkaar geplaatste propellers een verschillende diameter te geven. Verder kan het geluid op de grond worden verminderd door de cror achteraan de romp boven het horizontale staartvlak te plaatsen en aldus de geluidsbron alsnog af te schermen. Uitgebreide metingen zijn in de DNW-llF uitgevoerd aan diverse propeller- en motorconfiguraties uitgerust met roterende balansen en honderden nauwkeurige sensoren die het krachtenspel in de draaiende motor en luchtdrukfluctuaties, verantwoordelijk voor het ontstaan van geluid kunnen registreren. Om de technische haalbaarheid van deze nieuwe cror-motoren in voldoende mate aan te kunnen tonen, zullen nog veel meer metingen aan cror-motormodellen gedaan moeten worden. Dit geldt voor geïsoleerde opstellingen van een crormotor om zo een voldoende grote schaal te kunnen bereiken in de windtunnel. En ook voor geïntegreerde opstellingen waarbij de cror-motor is geïnstalleerd op een volledig vliegtuigmodel om zodoende de aërodynamische en aëro-akoestischewisselwerking tussen de cror-motor en het vliegtuig in kaart te kunnen brengen. WAT betekent DNW VOOR Nederland 11

14 maatschappelijke taken en prioriteiten HELIKOPTERS OP Zee Het veilig landen en opstijgen van een helikopter op een bewegend schip is een gecompliceerde en riskante opgave. Voor elke type helikopter van de krijgsmacht wordt daarom op verschillende soorten schepen onderzocht onder welke omstandigheden de vlieger veilig kan opereren. De tests beginnen doorgaans al in het ontwerpstadium van een schip, aangezien het dan nog relatief eenvoudig is om veranderingen in het ontwerp aan te brengen. Met een schaalmodel wordt in een DNW-windtunnel onderzocht of helikopteroperaties hinder ondervinden van de rookgassen van het schip. Daarbij wordt tevens de luchtstroming rond het schip onder diverse windcondities nauwkeurig in kaart gebracht. Om de windtunnelgegevens te toetsen wordt onder een beperkt aantal condities later ook op het schip zelf gemeten. Dan wordt eveneens het aerodynamisch effect van het stampen en slingeren van het schip gemeten. Parallel hieraan wordt ook de helikopter getest, zodat motorprestaties en besturingsgedrag bij variabele factoren zoals gewicht en zijwind bekend worden. Met al deze gegevens kan worden bepaald wat de grenswaarden zijn waaronder de helikopter op het schip veilig kan landen en opstijgen. Deze waarden worden ten slotte tijdens een vaarperiode aan boord van het betreffende schip in de praktijk getoetst. De grenzen die uiteindelijk worden vastgesteld, moeten maximale veiligheid bieden, ook voor vliegers met weinig boordervaring. Dankzij de DNW-tests kunnen de helikopters van de krijgsmacht flexibel en veilig worden ingezet en wordt de mobiliteit van Defensie aanzienlijk verbeterd. tussen vliegtuigen te reduceren om zo in hetzelfde tijdbestek meer vliegtuigen te laten landen of opstijgen. De risicoanalyse van deze kwestie is gebaseerd op de experimentele gegevens die onderzoek in de windtunnels opleverden. DNW-windtunnels hebben een bijdrage geleverd aan de definitie van minimale, veilige afstanden tussen vliegtuigen als onderdeel van luchtwaardigheidsvoorschriften, de validatie van simulatiemodellen en aan de realisatie van hulpmiddelen voor verkeersleiders, die het efficiënte gebruik van de landingsbanen en startbanen mogelijk maken. van windmolens. De beschikbaarheid van breed uitgevoerde windtunnels met lage windsnelheden heeft verschillende internationale producenten ertoe overgehaald om hun windturbine-ontwerpen bij DNW een groter rendement te laten behalen. Iets vergelijkbaars betreft het testen van vrachtauto s en hoge snelheidstreinen. Door het ontwerp van trucks en de HSL te stroomlijnen, is een aanzienlijke geluidsreductie en brandstofbesparing mogelijk gebleken. Defensie, een maatschappelijke taak De maatschappelijke betekenis van DNW voor Nederland op het gebied van duurzaamheid is niet beperkt tot de civiele en militaire luchtvaart. De windtunnels zijn ook zeer geschikt om aërodynamische vormen te testen die weinig tot niets met vliegverkeer hebben te maken. Het ontwerp van windmolens bijvoorbeeld, een belangrijke vorm van alternatieve energiewinning, kan dankzij windtunneltests ingrijpend worden verbeterd. De configuratie van de wieken en het ontwerp van de bladen zijn bepalend voor het rendement De Nederlandse overheid heeft mondiale stabiliteit en handhaving van de internationale rechtsorde hoog in het vaandel staan. Nederland investeert dan ook uit overtuiging in versterking van de internationale rechtsorde en in internationale samenwerking. Dat verklaart de grote Nederlandse betrokkenheid bij internationale organisaties zoals de navo, de vn en de EU. Bij een geloofwaardig beleid hoort een goed uitgeruste en doeltreffend optredende krijgsmacht. Die fungeert voor Nederland niet alleen als de spreekwoordelijke stok 12

15 achter de deur voor het bedwingen van crises, waar die zich ter wereld ook mogen voordoen. Maar het lidmaatschap van dergelijke organisaties, en dan vooral de navo, geeft ook een stem op een plaats waar belangrijke beslissingen op het terrein van de mondiale veiligheid worden genomen. Een goede uitrusting van de krijgsmacht is een noodzakelijk en complex proces. De militaire thuismarkt is namelijk te klein om de krijgsmacht uit te rusten met uitsluitend materieel van Nederlandse bodem. Daartoe ontbreken voldoende system-integrators. Het ministerie van Defensie moet zich daarom bij de noodzakelijke aanschaf van militair materieel in het buitenland opstellen als smart buyer en, daarop volgend, als smart user. Kennisverwerving door middel van internationale materieelsamenwerking maakt Defensie tot een klant met een sterke positie bij aankoop en gebruik. Expertise van DNW is daarbij een belangrijke factor. Vanuit militair en economisch oogpunt wenst het ministerie van Defensie in een zo vroeg mogelijk stadium betrokken te raken bij de ontwikkeling van modern, complex en daardoor kostbaar materieel. Dat geldt onder andere voor de Joint Strike Fighter (JSF), de Lockheed Martin F-35 Lightning II, de beoogde vervanger van de jachtbommenwerper Lockheed Martin F-16. De aërodynamica is één van de wetenschappelijke disciplines die vroeg in het ontwikkelingstraject toepassing vindt. EUropees MILITAIR TRANSPORTVlieGTUIG IN DE WinDTUnnel Het militaire transportvliegtuig Airbus A400M is voorzien van vier hogesnelheidspropellers. Beproeving daarvan in een windtunnel met een geschaalde motor was tot voor kort niet mogelijk. Compacte, door druklucht aangedreven modelmotoren en de unieke capaciteit van DNW en het nlr om de motorbelasting nauwkeurig te kunnen meten, hebben deze situatie veranderd. De vermoeiingssterkte van de modelpropellers is een zwakke schakel. Het nlr is wereldwijd een van de weinige plekken waar propellermodellen kunnen worden gemaakt die wél bestand zijn tegen de intense belasting. Tijdens windtunnelproeven op zeeniveau worden de propellers blootgesteld aan belastingen die relatief hoger zijn dan bij echte vliegtuigen, vliegend op grote hoogte en met hoge snelheid: Mach 0,72. Bovendien moeten in de windtunnel ook vliegcondities worden uitgetest die een vlieger in werkelijkheid niet vrijwillig zou uitproberen met een extra belasting als gevolg. De DNW-windtunnels beschikken over een uniek meetsysteem om het aërodynamische krachtenspel op een propellervliegtuig te meten. Het gaat daarbij om het registreren van subtiele krachtverschillen die optreden bij de integratie van de propellers op het model en de mogelijkheid om te kunnen bepalen hoe efficiënt het motorvermogen in propellertrekkracht wordt omgezet. Voorafgaand aan metingen in de DNW-LLF, zijn in de kleinere lst verschillende configuratiestudies uitgevoerd om een optimale modelopstelling in de windtunnel te bewerkstelligen. Mede dankzij DNW en NLR kan de Nederlandse overheid zich bij aankoop van defensiematerieel in het buitenland opstellen als smart buyer. Dat DNW hiervoor bij uitstek geschikt is, bewezen Boeing en Lockheed Martin door gebruik te maken van de windtunnels bij de ontwikkeling van JSF kandidaten X-32 en X-35 nog ruim vóórdat de Nederlandse regering zich committeerde aan deelname aan de System Development and Demonstration-fase (SDD) van het JSF-gevechtsvliegtuig. DNW stelde Nederland tevens in staat om in een vroegtijdig stadium van het ontwerp een wezenlijke industriële bijdrage te leveren aan de ontwikkeling van de militaire helikopter nh-90 waarmee, naast veel andere navo-krijgsmachten, WAT betekent DNW VOOR Nederland 13

16 maatschappelijke taken en prioriteiten ook de Koninklijke Marine en de Koninklijke Luchtmacht worden uitgerust. Dat Nederland dankzij DNW zie het werk aan het prototype van de JSF voor Lockheed Martin op het terrein van aërodynamica een mondiale toppositie bekleedt, versterkt bovendien de onderhandelingspositie om bij grote materieelorders in het buitenland ter compensatie hoogwaardige opdrachten in de wacht te slepen. Vanuit de wereld bezien, is DNW een blikvanger. DNW is de enige factor van betekenis die Nederland tijdens de definitie van een internationale behoeftestelling (en de voorontwerpfase van de ontwikkeling van een nieuw luchtvaartuig) op de kaart zet. Dat heeft niet alleen harde voordelen met betrekking tot deelname aan internationale materieelprojecten en tot de onderhandelingspositie voor compensatieopdrachten. Ook het high-tech imago van de Nederlandse kenniseconomie, het kwalitatieve niveau waarop de krijgsmacht opereert en de realisatie van het ambitieniveau van de Nederlandse defensie zijn hiermee gebaat. De faciliteiten van DNW brengen de Nederlandse krijgsmacht daarnaast in een stevige positie om de effectiviteit van de uitrusting en de uitgevoerde missies aanmerkelijk te vergroten. De windtunnels zijn hierin een veelzijdig instrumentarium. Een paar voorbeelden. DNW ondersteunt Defensie bij het verwezenlijken van één van de kerntaken: het leveren van transportcapaciteit, onmisbaar voor de snelle inzet van mensen en materieel ten behoeve van wereldwijde missies, voor de Nederlandse krijgsmacht zelf of voor die van coalitiepartners. De aanschaf van een vloot van de nh-90 helikopters getuigt hiervan. DNW assisteerde en assisteert bij de ontwikkeling van een zogeheten Ground Run-up Enclosure (gre), een afgeschermde plaats waar de Lockheed C-135 Hercules-transporttoestellen na onderhoud de motoren en andere systemen kunnen testen. Deze gre schermt geluid af, wat de Koninklijke Luchtmacht helpt bij het voldoen aan de strenge milieueisen die de overheid stelt. Een schaalmodel van deze gre én een Hercules werden getest in de Large Low Speed Facility en de Low Speed Wind Tunnel (LST). Dit onderzoek maakte het mogelijk om de veiligheidsmarges voor de run-ups vast te stellen, onder andere bij welke zijwind dit proefdraaien nog verantwoord is. Ook de Koninklijke Marine plukt vruchten van de faciliteiten die bij DNW zijn ondergebracht. De fregatten, patrouillevaartuigen en transportschepen maken in toenemende mate gebruik van boordhelikopters of van transporthelikopters voor humanitaire missies of amfibische operaties. De complexe opbouw van deze schepen en de meteorologische omstandigheden zorgen ervoor dat helikopters niet onder alle condities veilig kunnen landen of opstijgen. Om de veiligheidsmarges voor dergelijke vluchtoperaties vast te GoaheaD ValiDatie Voor VirtUeel TESTEN Helikopters kunnen in allerlei vliegcondities terecht komen. Bij tail shake bijvoorbeeld trilt de staart (of tail boom) van een helikopter door aërodynamische wisselwerking met wervels van de hoofdrotor. De staartconstructie moet deze trilling aankunnen. Met geavanceerde rekenmethoden kunnen dergelijke vluchtregimes sinds kort worden gesimuleerd. Daarbij wordt gebruik gemaakt van Computational Fluid Dynamics (CFD) om druk, dichtheid en snelheidscomponenten in drie richtingen te berekenen rondom de helikopter. Zo kan worden bepaald welke krachten op welke onderdelen van de helikopter uitgeoefend worden. 14 Deze nieuwe rekenmethoden moeten zorgvuldig in de praktijk worden gevalideerd. Geschikte windtunnelgegevens hiervoor waren tot voor kort onvoldoende beschikbaar. Bestaande databases van helikopterfabrikanten zijn meestal geba-

17 stellen, zijn tests met schaalmodellen in de Low Speed Wind Tunnel onontbeerlijk. De resultaten van deze windtunneltests kunnen vervolgens worden toegepast om praktijkproeven efficiënter en veiliger te laten verlopen. Een andere toepassing van de windtunnels die de veiligheid en de efficiëntie van het ingezette platform vergroten, is het registeren en analyseren van fysische parameters wanneer een jachtbommenwerper of gevechtshelikopter geleide wapens lanceert of brandstoftanks afwerpt. DNW heeft dergelijke separatietests al bij tientallen types helikopters en vliegtuigen uitgevoerd, waaronder de Eurofighter Typhoon jachtbommenwerper en de Italiaanse Aermacchi M-346 militaire trainer. Maar hetzelfde type expertise kan ook worden ingezet om de beste manier te bepalen waarmee hulpgoederen vanuit de geopende vrachtdeur van transportvliegtuigen boven doelgebieden kunnen worden afgeworpen. Veiligheid, een maatschappelijke topprioriteit Het vergroten van de vliegveiligheid is een topprioriteit van de luchtvaart. Het gaat daarbij om de veiligheid van vliegtuigontwerpen en om de vliegveiligheid voor piloten en passagiers. DNW heeft daarin ervaring die decennia overspant. Daarnaast is er sprake van veiligheid zoals nagestreefd door de ministeries van Defensie en Binnenlandse Zaken. Ook de veiligheid van mensen op de grond, de zogeheten third party risk, is onderwerp van beproeving bij DNW: wanneer een vliegtuig bij de landing in de problemen raakt, moet het ontwerp het toestel in staat stellen een doorstart te maken. Met de ondersteuning van militaire vliegtuigontwikkeling, de vergroting van de efficiëntie van defensiematerieel en de verhoging van de effectiviteit van militaire operaties steunt DNW de ambitie van de Nederlandse overheid voor mondiale stabiliteit en krachtige handhaving van de internationale rechtsorde. Dat de veiligheidsvoorwaarden strenger worden, heeft enerzijds te maken met de algemene afname van de maatschappelijke tolerantie voor risico zoals ook het verkeer op de weg, de werkvloer en de voedselkwaliteit almaar veiliger moeten worden. Anderzijds zorgen commerciële overwegingen voor een druk om het risico van het transport per vliegtuig in te perken. Immers, passagiers vliegen liever met veilige luchtvaartondernemingen dan met vliegmaatschappijen die beschikken over minder betrouwbaar materieel. Die maatschappelijke en commerciële drivers voor meer veiligheid, zijn vanzelfsprekend ook belangrijk voor de vliegtuigproducenten. Immers, wanneer zij onveilige vliegtuigen op de markt brengen, zou dat in theorie het einde van de onderneming kunnen betekenen. seerd op metingen aan een afzonderlijke rotor of een romp met hoofdrotor, maar zelden op een complete helikopter. Daarom werkt het nlr in het Europese onderzoeksconsortium GOAHEAD aan een database met daarin de aërodynamische eigenschappen van een complete helikopter. Om de kosten beperkt te houden construeerden de vijftien GOAHEAD partners een helikoptermodel uit bestaande onderdelen. Voor de romp is een schaalmodel (1:4) van de nh-90 helikopter gebruikt. De bladen van zowel de hoofd- als staartrotor waren al eerder ontwikkeld voor eerdere meetcampagnes. Onderzoekers beproefden dit helikoptermodel in de DNW-LLF windtunnel voor vijf vluchtcondities. Het consortium testte onder andere de tail shake-conditie. In de eerste fase zijn blinde testberekeningen afgerond; de fase waarin berekeningen worden gemaakt terwijl nog niet bekend is welke resultaten de DNW windtunneltesten opleveren. In het vervolg worden de rekenmethoden gevalideerd met de gegevens uit de DNW-LLF windtunnelproeven. Ook het nlr zal haar CFD rekenmethoden dan kunnen aanpassen en verbeteren. Dankzij de samenwerking tussen DNW en de partners binnen GOAHEAD verwierf het nlr een database die het nlr alleen nooit had kunnen opbouwen. Hiermee kan het nlr straks virtuele helikoptertesten uitvoeren voor andere, toekomstige helikopters, en voor andere vliegcondities van bestaande helikopters. Kwalificatie en certificatie van nieuwe helikopters en rotorsystemen kosten namelijk veel tijd en geld. Virtuele tests van helikopters bieden mogelijkheden om materiaal en kosten te besparen, om het fysieke testtraject in te korten en om commerciële toepassingen van innovatie te versnellen. WAT betekent DNW VOOR Nederland 15

18 maatschappelijke taken en prioriteiten Het opstellen van Nederlandse veiligheidseisen is tegenwoordig een zaak van overheidsinstanties, zoals de European Air Safety Agency (easa), de Amerikaanse Federal Aviation Administration (Faa) en de Civil Aviation Administration of China (CaaC) van de Volksrepubliek China. DNW speelt een onmisbare rol binnen het traject dat voert van het ruwe ontwerp van een vliegtuig of helikopter naar gecertificeerd veilig vliegende toestellen. Die rol onderstreept het maatschappelijke en economische belang van de faciliteiten van de instelling. DNW is op diverse manieren betrokken in het proces dat leidt tot het toekennen van luchtwaardigheidsbewijzen. Het ontwikkelen van vliegtuigen is altijd een kostbare aangelegenheid geweest, onder andere door het maken van prototypes waarmee de belangrijkste ontwerpfeatures worden getest. De fabrikanten nemen daarom steeds meer hun toevlucht tot virtuele tests en windtunnelmodellen die het eerste gebruiksklare productiemodel tot in detail kunnen nabootsen. Zo is in het ontwikkeltraject van de Airbus A380 noch van de Boeing 787 Dreamliner een prototype opgenomen. DNW speelt een belangrijke rol bij de trend van méér modellering en bij de toetsing daarvan op luchtwaardigheid. Een tweede cruciale rol van de windtunnels is het analyseren van stabiliteit, besturing en vliegtuigprestaties in potentieel riskante omstandigheden de luchtvaartvariant van de elandtest in de Zweedse automobielindustrie. Eén van de proefnemingen die standaard moet worden uitgevoerd om de luchtwaardigheid te testen, is het laten uitvallen van één van de twee of vier motoren. In de kruisconfiguratie moet het toestel na het uitvallen van een motor veilig kunnen blijven vliegen. Bij het uitvallen van een motor onmiddellijk na de start moet een verkeersvliegtuig met één niet-werkende motor in de startconfiguratie zelfs kunnen doorstijgen. Een andere test is het vaststellen van de minimale snelheid waarbij het vliegtuigontwerp nog bestuurbaar blijft en waarbij het nog kan doorvliegen zonder te overtrekken. Ook het gevaar van ijsvorming op de vleugels en de negatieve invloed die dit kan hebben op de luchtwaardigheid wordt bij DNW getest. DNW en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaart Laboratorium (NLR) vormen in nauwe synergie een nationaal kennisnetwerk dat de Nederlandse overheid in staat stelt een actieve rol te spelen bij het bereiken van meer veiligheid en efficiëntie binnen de internationale luchtvaart. Het begrip veiligheid mag in het geval van de ondersteuning die DNW biedt, breder worden geïnterpreteerd dan alleen de vliegveiligheid van vliegtuigen en helikopters. Veiligheid is namelijk ook het vermogen om de internationale rechtsorde te handhaven en deze zo nodig militair kracht bij te zetten. De Nederlandse overheid maakt zich daar altijd sterk 16

19 voor. Daarvan getuigen de diplomatieke activiteiten op het terrein van de mensenrechten, maar bijvoorbeeld ook de gastvrijheid voor internationale tribunalen in Den Haag. DNW is in dat opzicht een instrument dat, naast de ondersteuning van de Nederlandse krijgsmacht, ook de mondiale veiligheid steunt. Een voorbeeld hiervan is het werk dat is uitgevoerd aan de E-2D Advanced Hawkeye, een radarvliegtuig van de Amerikaanse producent Northrop Grumman. Het vliegtuig doet bij de Amerikaanse marine dienst als vliegende commandopost die de wijde omgeving van een vliegdekschip verkent, potentiële gevaren herkent en bijvoorbeeld gevechtsvliegtuigen naar hun doelen dirigeert. De Advanced Hawkeye beschikt met zijn draaiende radarantenne op de rug en twee achtbladige propellers over een aërodynamisch complex ontwerp. Voeg daarbij de aanwezigheid van allerlei andere antennes en uitstulpingen én het feit dat de vliegtuigen vanaf vliegdekken moeten opereren en de strenge aard van de vliegveiligheidseisen wordt duidelijk. Om de Advanced Hawkeye ook wel de digitale achtervanger van de Amerikaanse marine genoemd in de windtunnel te testen, werd door het nlr in samenwerking met het Franse zusterinstituut onera een schaalmodel gebouwd waarin alle uitwendige ontwerpdetails waren opgenomen. Het model werd getest in de Large Low Speed Facility in Nederland getest. De resultaten van de windtunneltests zijn gebruikt voor de aanmaak en validatie van aërodynamische modellen in vluchtnabootsers. In juni 2009 kreeg de Advanced Hawkeye het groene licht om op kleine schaal in productie te worden genomen. WinDTURBine IN DE WinDTUnnel Windturbines worden steeds belangrijker voor de productie van energie. Met de toenemende investeringen in deze methode van alternatieve energiewinning is er ook een stijgende vraag naar betere, betrouwbare ontwerpmethodieken. De huidige ontwerpberekeningen bevatten namelijk nog teveel onzekerheden over de voorspelling van de prestaties, de belasting van de toegepaste materialen en constructies, en de geluidsproductie. Windtunneltesten bij DNW zijn uitgevoerd om nieuw te ontwikkelen ontwerpmethodieken te valideren. Binnen het EU project Model rotor EXperIments under COntrolled conditions (MEXico) werden onder leiding van het Energie Centrum Nederland (ecn) rekenmodellen ontwikkeld om betrouwbare uitspraken te kunnen doen over prestaties van windturbines en eventuele geluidsoverlast. Aan de hand van metingen in de DNW-LLF, met daarin gecontroleerde en bekende windcondities, zijn de rekenmodellen gevalideerd. Het model van de windturbine had drie rotorbladen met een lengte van bijna vijf meter, die met een voor een windtunnel model relatief laag toerental van zeven maal per seconde ronddraaiden. De Advanced Hawkeye is geen eenzaam voorbeeld van een DNW-bijdrage aan de internationale veiligheid. Veel facetten van de Eurofighter, de jachtbommenwerper die de luchtmachten van Groot-Brittannië, Duitsland, Spanje en Italië moet gaan uitrusten, zijn bijvoorbeeld uitputtend bij DNW getoetst. Ook de tankervliegtuigen, varianten van de Airbus die eads wereldwijd op de markt brengt en in de lucht tanken, zijn in DNW windtunnels getest. En het gaat niet alleen om vliegtuigen die de internationale veiligheid stutten, ook nieuwe raketten en geleide projectielen, zoals de Duitse hittezoekende IRIS-T zijn bij DNW doorgelicht. Bij een voor luchtvaartbegrippen zeer lage windsnelheid van vier-en-een-halve meter per seconde zijn metingen uitgevoerd. In de rotorbladen waren honderdzestig meetinstrumenten gebouwd. Tijdens de proeven werd de drukverdeling op de roterende bladen en het stromingsveld van het turbinezog gemeten en gevisualiseerd. Dit heeft een zeer waardevolle experimentele database opgeleverd die ook de komende jaren nog als basis zal dienen voor het ontwerpen van een nieuwe generatie windturbines, met een beter rendement bij lage windsnelheden terwijl de belastingen bij hoge windsnelheden toch beheersbaar blijven. Wat WAT betekent betekent dnw DNW voor VOOR Nederland 17

20 maatschappelijke taken en prioriteiten Ruimtevaart, een maatschappelijk belang De Europese ministers met ruimtevaart in hun portefeuille kwamen in 2003 officieel overeen dat Europa onafhankelijkheid moet nastreven bij het lanceren van niet-commerciële satellieten. Nederland heeft deze ambitie omarmd, in Europees verband. Nederland doet dus naar rato mee aan deze maatschappelijke taak, dit zogenoemde Autonomous Access to Space-beleid van het European Space Agency (ESA). Het gaat hierbij om kunstmanen of ruimtesondes met een wetenschappelijke functie, zoals aardobservatie of het bestuderen van hemellichamen. Maar deze ambitie richt zich vooral op de mogelijkheid om satellieten met een militaire of semi-militaire taak in een baan rond de aarde te brengen. Hierbij valt te denken aan kunstmanen voor het volgen van troepenbewegingen en het opsporen van opslagplaatsen van massavernietigingswapens en ook aan satellieten voor het satellietnavigatieprogramma Gallileo. Het moge duidelijk zijn dat deze ruimtevaartprojecten groot maatschappelijk belang hebben, maar ook dat aan deze activiteiten een prijskaartje hangt. Maar een deel van deze activiteiten, zoals Gallileo, communicatiesatellieten en remote sensing (de bestudering van het aardoppervlak) hebben ook directe commerciële toepassingen. Zo kan de ontwikkeling van nieuwe draagraketten, zoals de Ariane 6, op ruimtevaartgebied bijdragen aan de versterking van de concurrentiekracht van de Europese economieën. DNW speelt al een rol bij de doorontwikkeling van de Ariane 5, het werkpaard van ESA. Deze rol kan bij het ontwerpen en de ontwikkeling van de Ariane 6 zeker worden herhaald. De versterking van die concurrentiekracht draagt dus tegelijk bij aan het vergroten van de maatschappelijke waarde van de ruimtevaart. OP BRUte KRACHT DE RUimte IN DNW windtunnelproeven aan een model van de Ariane 5 draagraket dragen bij aan het vertrouwen dat het ontwerp van de nieuwe Vulcan 2-raketmotor veilig is, waardoor het draagvermogen van de raket is vergroot: het is nu mogelijk een nuttige lading van minimaal 10 ton in de ruimte te brengen. De Vulcan 2-raketmotor werd eind jaren negentig ontwikkeld om de esa Ariane 5 draagraket extra stuwkracht te verlenen. Door die extra stuwkracht kan de draagraket zwaardere satellieten in een geostationaire baan in de ruimte brengen. Windtunnelproeven met een 1:60 schaalmodel bevestigden indertijd dat tijdens de lancering te grote krachten ontstaan op de straalpijp, de conische uitlaat van de raketmotor. Met een reeks geavanceerde aanvullende windtunneltesten werd de oplossing gevonden in het inkorten van de straalpijp. Om de krachten van schokgolven en turbulentie op de 9 centimeter grote straalpijp te meten, werd deze rondom voorzien van 128 minuscule druksensoren, elk gevoed door haardunne elektrische bedrading en een dun buisje voor de toevoer van tegendruk. De Ariane 5 draait tijdens het opstijgen om zijn as en verandert van koers. De luchtstroom strijkt daardoor op een steeds iets andere manier langs de raket. Tijdens de windtunnelproeven werd daarom een groot aantal oriëntaties ten opzichte van de luchtstroom uitgetest. De krachten op de ingekorte straalpijp van de Vulcan 2- raketmotor bleven steeds binnen acceptabele grenzen. Metingen tijdens de eerste lancering van een Ariane 5 vanaf de lanceerbasis Kourou (Frans-Guyana ) met de toen nog onverkorte Vulcan 2, in november 2004, kwamen zeer goed overeen met eerdere windtunnelmetingen. Inmiddels hebben diverse succesvolle lanceringen van een Ariane 5-eca-raket (Évolution Cryotechnique version A) met verkorte Vulcan 2-motor plaatsgevonden. Zo is in mei 2009 een Ariane raket met de twee satellieten Herschel en Planck aan boord zonder problemen vanaf de Europese lanceerbasis Kourou gelanceerd. In beide satellieten zitten diverse belangrijke, door Nederlandse organisaties en bedrijven, ontworpen componenten. 18