Wetenschappelijk vliegeren in de windtunnel

De Open Jet Facility is een spectaculair en gewild laboratorium. De grote windtunnel, met een egale luchtstroom van 13 meter breed en 8 meter hoog, is erg populair bij sportteams. Wielrenners, fietshelmen en schaatspakken zijn hier al beproefd op hun aerodynamica. De 500 kilowatt ventilator kan windsnelheden tot 35 meter per seconde (ruim 120 km/uur) opwekken.

Na zes maanden op de wachtlijst kon promovendus Jelle Poland (faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, LR) er onlangs twee weken lang unieke metingen doen. Uniek omdat, voor zover bekend, niemand ooit een vlieger in de windtunnel zette.

De grootste vlieger past net tegen de wand van een sporthal

Binnen de wereld van de energieopwekking met vliegers (Airborne Wind Energy systems) heerst een begrijpelijke wens naar steeds grotere vliegers. Want hoe groter het oppervlak, hoe meer kracht en dus ook vermogen. Zo werkt het Delftse bedrijf KitePower met vliegers van 25 en 60 vierkante meter (voor 30 respectievelijk 100 kilowatt aan elektrisch vermogen). De kleinste kite heeft twee keer meer oppervlak dan een gemiddelde studentenkamer, de grootste vlieger past net tegen de wand van een sporthal. Daarmee is de grens wel ongeveer bereikt van wat ambacht, ervaring en intuïtie kunnen leveren. Voor nog grotere vliegers willen onderzoekers en windenergiepioniers graag van tevoren precies weten welke prestaties ze kunnen verwachten.

Daarvoor ontwikkelt Jelle Poland een simulatieprogramma dat het ontwerp van extreem grote vliegers ondersteunt. Het berekent de krachten die een vlieger ondervindt van een passerende luchtstroom. Maar dan moet wel vaststaan dat de uitkomsten van de simulatie overeenstemmen met de werkelijkheid.

Om die reden deed de onderzoeksgroep Airborne Wind Energy (LR) afgelopen maand metingen in de Open Jet Facility windtunnel. Daarvoor was een schaalmodel (1:6,5) gemaakt van een vlieger van 25 m². Het bedrijf Curve Works vervaardigde het 1,3 meter brede model uit koolstofcomposiet. Opgesteld in de windtunnel registreerden sensoren de krachten die de vlieger ondervond van de krachtige luchtstroom. Poland werkte bij de metingen samen met afstudeerder Mark van Spronsen onder leiding van dr. Roland Schmehl. Ook veel werknemers van KitePower waren erbij aanwezig.

“De metingen gingen heel goed”, verklaart Poland naderhand over de telefoon. “De krachten op het model stemden goed overeen met de berekeningen van het simulatieprogramma.”

Toch zijn nog niet alle metingen verwerkt. PIV (Particle Image Velocimetry) is een techniek met heliumbelletjes, lasers en meerdere camera’s die de luchtstroming rond het model ongekend gedetailleerd vastlegt. Maar dat vergt zoveel rekenkracht dat de resultaten daarvan nog even op zich laten wachten.

Hoe gaat dit experiment helpen om vliegers op te schalen? “Wij proberen dat mogelijk te maken”, zegt Poland. “Het simulatieprogramma levert geen ontwerpen voor vliegers, maar het kan wel nieuwe ontwerpen testen zonder dat er een enorm prototype gemaakt moet worden.”