Efficiency als toverwoord

Met driehonderd kilometer per uur scheert Zepp muisstil en pijlsnel door het Nederlandse luchtruim, op zoek naar slachtoffers van een ongeluk op zee. De camera maakt beelden en stuurt deze nauwgezet naar vaste wal, waar de reddingsploegen klaar staan om in te grijpen. Wie Zepp voorbij ziet razen, kijkt vreemd op van het afwijkende ontwerp. Het vliegtuig heeft nog het meest weg van een toestel met dubbelvleugels. Alleen zitten deze bij Zepp aan elkaar vast. Bachelorstudenten van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek maakten dit opvallende ontwerp van een levensreddend vliegtuig.
Zij bedachten Zepp de afgelopen tien weken in het kader van de Ontwerp/Synthese-oefening. Dit is de traditionele afsluiting van de bachelorfase van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek. Ieder jaar zorgt deze oefening weer voor fascinerende oplossingen voor lastige problemen. Voorgaande jaren leverden onder meer de mens-aangedreven onderzeeër Wasub en het microvliegtuigje Delfly op.
Ook het ontwerp van Zepp is opzienbarend. De studenten kozen namelijk voor een zogenaamd ‘Prandtl Plane’. Dat is een vliegtuig met zowel aan de onder- als aan de bovenkant vleugels. Deze zitten aan elkaar vast en vormen zo een rechthoek. De Duitse Luchtvaart pionier Ludwig Prandtl (1875-1953) bedacht dit vliegtuig begin vorige eeuw en de studenten zijn met zijn concept aan de haal gegaan.
“Bij een normaal vliegtuig zitten tipwervels aan de vleugel. Deze zorgen voor extra weerstand. Bij een Prandtl vliegtuig is de liftdistributie over de hele vleugel ideaal. Omdat de vleugels van Zepp aan elkaar vastzitten, zijn er geen tipwervels en is het vliegtuig veel efficiënter”, zegt Floris Huijbregts, een van de studenten die Zepp ontwierpen.
De docenten stelden zware eisen aan Zepp. Het moest een zero-emission vliegtuig worden, die driehonderd kilometer per uur haalt. “We hebben gekozen voor batterijen, maar daarvan hebben we er wel heel veel nodig om driehonderd kilometer per uur te vliegen. In totaal zit er drie kilo aan batterijen in Zepp. Per stuk zijn deze maar zo groot als een dubbeltje. Om driehonderd kilometer per uur te kunnen vliegen, moet de propeller veel stuwkracht hebben. Maar dan maakt hij veel lawaai, terwijl een van de voorwaarden juist een stil vliegtuig was. We vonden na veel rekenwerk een compromis gevonden tussen stuwkracht en geluid.” Op honderd meter hoogte produceert het vliegtuig nu ruim veertig decibel, wat vergelijkbaar is met gefluister in een bibliotheek.
Maar of het ontwerp van de studenten daadwerkelijk de gewenste snelheid kan halen, is ondanks de uitvoerige berekeningen nog maar de vraag. Ook de beoordelaars van de Ontwerp/Synthese-oefening hadden hun twijfels. “Het is moeilijk zo hard te gaan met een klein motortje. De toekomst zal uitwijzen of onze berekeningen juist zijn. We hebben aangetoond dat het kan, maar bij tests met een fysiek model weet je het pas echt zeker.”
De Zepp won de derde prijs, maar de grootste beloning is dat de TU het vliegtuig waarschijnlijk gaat bouwen. “Ik vind dat heel goed”, zegt Huijbregts enthousiast. “Het is een onconventioneel model en daarom minder interessant voor de industrie, die zeer conservatief is. Ten onrechte, want dit systeem is heel zuinig en effectief.”
Dat de TU Delft zich inzet voor zero emission vliegtuigen is niet
zo opmerkelijk. Het is een publiek geheim dat de vliegtuigsector, door de snelle afname van fossiele brandstoffen, met argusogen naar de toekomst kijkt. Ondanks het conservatisme heeft men in de vliegtuigindustrie dus wel degelijk behoefte aan zeer efficiënte en veilige alternatieven. Juist voor universiteiten is daarom een belangrijke taak weggelegd om schone vliegtuigen te ontwikkelen.
De TU wil mede daarom ook een ander zero emission vliegtuig dat door studenten werd ontworpen op de Ontwerp/Synthese-oefening realiseren: de Zesar. “Normaal gesproken heeft een vliegtuig een romp”, zegt Fulco Vaessen, een van de studenten die Zesar ontwierpen. “De romp wordt eigenlijk alleen gebruikt om lading in te vervoeren, verder heeft hij geen functie. Door een vliegtuig te bouwen zonder romp, is het toestel veel efficiënter. Alles creëert dan lift. Nasa en Boeing onderzoeken de mogelijkheid van een vliegende vleugel. Er zijn nog wel problemen, vooral wat comfort betreft. In een gewoon vliegtuig zitten passagiers dicht bij de draaias. Bij een vliegende vleugel zitten passagiers niet in de lengte van het vliegtuig, maar in de breedte – dus in de vleugel. Wie in een dergelijk toestel aan het einde van de vleugel zit, krijgt last van G-krachten. Dat is natuurlijk niet echt prettig.”
De stabiliteit van de vliegende vleugel zorgde voor hoofdbrekens bij de studenten. “We besloten om de uiteinden van de vleugels ver naar achteren te verplaatsen. Bij gewone vliegtuigen is dat voor de snelheid, bij ons voor de stabiliteit. Zo halen we het aërodynamische centrum naar achteren. Maar de stabiliteit is nog steeds een risicofactor”, zegt Vaessen.
Ook Zesar kan, net als Zepp, ingezet worden voor reddingsoperaties. Maar met Zesar hebben de ontwerpers nog meer doelen voor ogen. Zo willen de studenten het snelheidsrecord van 361 kilometer per uur voor radiografisch bestuurbare vliegtuigen breken. “Wij hebben berekend dat Zesar 430 kilometer per uur haalt”, zegt Vaessen. Hij kan maar liefst negenhonderd kilometer afleggen en is vrijwel geluidloos. Op honderd meter hoogte produceert het toestel minder dan veertig decibel.
Zesar en Zepp zijn concurrenten. Beide zijn reddingsvliegtuigen die snel vliegen, muisstil zijn en zeer efficiënt. Volgens Vaessen is de Zesar beter. “Ons vliegtuig is veel efficiënter. Vooral op hoge snelheden is de Prandtl minder effectief, dat is inherent aan het model.” Daar staat volgens Floris Huijbregts van Zepp tegenover dat Zesar niet geschikt is voor passagiersvervoer. “Dan overtreft zijn spanwijdte elk bestaand vliegtuig en past het dus op geen van de bestaande vliegvelden. Een passagiersuitvoering van de Zepp kan daar wel terecht.”
Dit jaar werden veel idealistische, duurzame ontwerpen gepresenteerd. Die weg is de faculteit al eerder ingeslagen. Een paar jaar geleden presenteerden studenten bijvoorbeeld een windturbine die tussen gebouwen ingeklemd kon worden. Nu sprong het duurzame ontwerp Hydrokite in het oog. De Hydrokite werd bedacht door prof.dr. Wubbo Ockels en is een kruising tussen een zeilboot en een vliegtuig. Een vlieger stuwt op honderd meter hoogte het toestel voort en zit vast aan de cabine op vijftien meter boven water. Onder water zorgt een vliegtuigvormige kiel ervoor dat het toestel de juiste richting opgaat en niet wordt meegesleurd door de wind. Voor dat laatste is student en mede-ontwerper van Hydrokite, Laurens Alblas, dus niet bang. “De Hydrokite is berekend op storm”, zegt hij. Als de wind plots gaat liggen en weer aantrekt is dat volgens hem geen probleem. “Op honderd meter hoogte heerst een constante wind. Mocht deze toch gaan liggen, dan is de cabine ook reddingsboot en landt deze in het water. Als het niet waait, vaart Hydrokite niet uit, net als zeilboten.”
De studenten vonden het niet eenvoudig om het vliegende schip te ontwerpen. “Een deel van het vliegtuig zit onder water en daar hadden we natuurlijk weinig ervaring mee. We berekenden langdurig de weerstand rond de kiel”, zegt Alblas.
Doel van de opdracht aan de studenten is om het trans-Atlantisch zeilrecord tussen het Amerikaanse New York en het Engelse Cornwall te verbeteren. “Volgens onze berekening zijn wij drie uur sneller dan het huidige record. De Hydrokite doet er naar verwachting, met een gemiddelde snelheid van vijfenvijftig kilometer per uur, vier dagen en een uur over.” De Hydrokite vliegt maximaal negentig kilometer per uur, verbruikt geen brandstof en biedt plaats aan twee passagiers.
Geen van de uitgesproken duurzame projecten won dit jaar. Een systeem om een raket bestuurbaar te maken, ging met de eerste prijs aan de haal. Ook bij dit systeem is efficiency het toverwoord. “Normaal gaat een raket door de wind en zwaartekracht na verloop van tijd wat meer horizontaal in de lucht in plaats van verticaal”, zegt student Hildo Bijl, die aan het systeem werkte. “Daardoor verliest de raket snelheid. Wij ontwikkelden een systeem waardoor de raket veel hoger komt.”
Het systeem van de studenten bestaat uit motortjes die voorop de vinnen van de raket worden
geplaatst en zo de positie van de raket controleren. “De motortjes worden aangestuurd door een algoritme, dat we zelf ontwierpen”, zegt Bijl. Dat was geen sinecure. “Daar ging heel veel rekenwerk met veel vergelijkingen in zitten.”
Met de nieuwe besturing wil de groep studenten het huidige hoogterecord van 12.55 kilometer van een experimentele raket, dat al in Delftse handen is, verpulveren. “Uit de simulatie komt dat we 16,2 kilometer halen. Dus dat record gaat eraan. Omdat onze besturing zo efficiënt is, komen we veel hoger met dezelfde brandstof. Als we 12.55 kilometer willen halen, hebben we veertig procent minder brandstof nodig.”
Het lijkt Bijl onwaarschijnlijk dat hij, ondanks het succes, betrokken blijft bij het project. “Ik vond het project vooral interessant door de stabiliteitsproblemen. Eigenlijk houd ik meer van kleine vliegtuigen. Daar kun je ook langer van genieten. Een raket is binnen tien seconden weg.”

,,,

De wijk Poptahof wordt grootschalig gerenoveerd. Sommige galerijflats worden op termijn gesloopt. Huisvester Duwo kwam met corporatie Woonbron overeen om in de vrij komende woningen exchange-studenten met een tijdelijk huurcontract onder te brengen. Daarmee werd leegstand tegengegaan en voor Duwo het probleem van een tekort aan woonruimte voor buitenlandse studenten opgelost. In de drie laagbouwflats aan Poptahof-noord, waarin het merendeel van de 260 studenten werd ondergebracht, leidde dat tot problemen.
“De overlast was groot”, verhaalt opbouwwerker Lida Kersten. “Die flats zijn erg gehorig en er werd veel feest gevierd. Bewoners hielden handtekeningenacties. Er kwamen vooral klachten van Turkse bewoners die vaak in ploegendienst werken en kleine kinderen hebben.”
De bedoelde lichting, die een studietraject van een jaar volgde, is inmiddels vertrokken. In augustus nam een nieuwe groep zijn intrek. Kersten: “Er zijn nu goede woonafspraken gemaakt met Duwo en de TU. Er komen alleen nog masterstudenten in en er mogen geen feesten meer gegeven worden. Nieuwe huurders moeten daarvoor tekenen. Dat gaat goed.”

Het staat in de algemene voorwaarden van hun contract, licht technisch beheerder Youri Bakhuis van de afdeling short stay housing van Duwo toe. “Elk complex heeft zijn eigen huisregels. In dit geval is een iets strakkere handleiding bedacht. Het zijn normale woningen, daar kan niet elke dag gefeest worden.”
Teamleider Corrie Keklik van Duwo denkt dat masterstudenten iets serieuzer met hun studie bezig zijn. “De huisregels zijn eigenlijk de normale regels die voor iedere flatbewoner gelden. Geen geluidsoverlast na tien uur ’s avonds, rustig doen in de trappenhuizen. Zo hebben we de overlast tot een minimum beperkt. Daar zijn wij erg blij mee. Als Woonbron besluit geen woningen meer door te spelen aan Duwo, hebben wij een groot probleem.”
Een vaste alternatieve feestplek werd niet gevonden. Keklik: “Ze kunnen terecht in een algemene ruimte in de Leeghwaterstraat, als die vrij is. Desgewenst geven we adresgegevens door van sociëteiten.”

Woonbron en Duwo houden op 21 november samen een buurtfeest in tenten voor de drie flatingangen. “Het is een ontmoetingsmoment. Als je elkaar kent kun je elkaar makkelijker aanspreken”, zegt Kersten, die de grotendeels Aziatische studenten ook bij toekomstige activiteiten in het nieuwe wijkpark wil betrekken.
Masterstudent Shiv Upadhyay uit India, sinds twee maanden wonend in een van de flats, juicht die plannen toe. “Het is goed om elkaar te leren kennen en vrienden te maken. Feestgeluiden van bekenden zijn minder vervelend dan van vreemden.” Gefeest wordt er volgens hem nog steeds. “Onlangs was een verdieping lager drie dagen feest, van vrijdag tot zondag. Ergens anders belde de politie aan, omdat er was geklaagd. Jonge mensen willen feesten, dat houd je niet tegen.”