Luchtvaarttechnici zien ze vliegen

David Lentink en Hester Bijl bestuderen de vleugels van fruitvliegjes. Hartstikke handig voor bouwers van kleine onbemande vliegtuigen.

“We willen graag klein kijken”, antwoordt dr.drs.ir. Hester Bijl van de leerstoel aërodynamica (Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) op de vraag waarom ze fruitvliegen onderzoeken. Samen met ir. David Lentink probeert ze aan de luchtwervelingen te rekenen die deze vliegjes in de lucht maken en die berekeningen in rekenmodellen te stoppen. “Het lijkt niet belangrijk”, zegt Lentink, “maar voor zo’n beestje hebben de wervelingen die hij tijdens het vliegen achterlaat invloed op zijn voortbeweging.”

Reden om bij L&R met fruitvliegen te experimenten zijn de micro air vehicles (MAV’s), kleine vliegtuigen die in de palm van je hand passen. Deze miniatuurvliegtuigen worden % uitgerust met sensoren, camera’s en microfoons – voor militaire doeleinden gebruikt zoals spionage, maar ook voor verkenning van Mars of chemische rampen.

Op het gebied van arodynamica en besturing roepen deze miniatuurvliegtuigen vragen op die voor de Boeiing al lang zijn opgelost. Veel MAV’s worden nu nog aangedreven met een propeller en hebben onbeweegbare vleugels. Maar volgens Lentink zijn klapvleugels % zoals bij een fruitvlieg % veel efficinter en kunnen ze tot wel vijf keer grotere liftkracht opwekken dan vaste vleugels. Bovendien kun je er verticaal mee opstijgen en landen.

Nadelen aan klapvleugels zijn er ook. Lentink: “Het beestje maakt voor zijn doen grote luchtwervels. Die wervelsoep maakt het vliegen niet eenvoudig. Toch heeft hij daar goed mee leren omgaan.”

Vandaar dat Bijl en Lentink dit mechanisme wilden onderzoeken. In Caltech (Californië) vonden ze Michael Dickinson, een expert op het gebied van fruitvliegen. Zo heeft hij in zijn laboratorium in Californië een robotfruitvlieg die honderd keer vergroot is nagemaakt in een bak met olie. Juist in olie, omdat de stroming zich dan net zo stroperig gedraagt als bij een echte fruitvlieg in de lucht.

In Delft gaat Lentink experimenteren met ‘eenvoudige set-ups om het gedrag van de wervelingen uit te zoeken’. Verder zullen Bijl en Lentink heel veel rekenen en alles in modellen stoppen, om een simulatieprogramma te maken voor biologen en vliegtuigbouwers.
Windstoot

“Experimenteel is het moeilijk te zien hoe een wervel zich heel dicht bij de vleugel gedraagt; hoe de vlieg omgaat met de luchtwervels die hij zelf creëert. Daarvoor kunnen wij simulaties goed gebruiken”, vertelt Bijl. Doel: achterhalen hoe de vlieg met zo min mogelijk energie zo ver mogelijk komt en met zo min mogelijk sturing toch een windstoot weerstaat. “Oftewel: zo eenvoudig mogelijk leren vliegen”, vult Bijl aan.

Lentink wil graag als promovendus aan dit onderzoek verder werken. Maar er is (nog) geen geld. “We hebben een goed rekenprogramma eneen goede bioloog. Over vier jaar hebben we zeker resultaten. Verder is dit onderzoek nieuw, het gaat niet om het uitdiepen van bestaande kennis. Ook als onze verwachtingen niet uitkomen, ben ik ervan overtuigd dat we interessante dingen tegenkomen. Bovendien is het breder toe te passen dan het lijkt”, aldus Lentink, die naar een artikel van afgelopen zomer in het wetenschappelijk tijdschrift Nature verwijst. Daaruit bleek dat alle vogels, insecten en vissen hetzelfde ‘Strouhal-getal’ hebben. Dat wil zeggen dat een fruitvlieg en een zwaan relatief gezien even hard met hun vleugels klapperen. “Blijkbaar zijn al die beesten optimaal getuned om te cruisen. Dit voorbeeld is voor ons van belang. Als wij zo’n optimum vinden, is dat direct toepasbaar voor de ontwikkeling van efficiënt flappende MAV’s ter grootte van een vlieg.”

“We willen graag klein kijken”, antwoordt dr.drs.ir. Hester Bijl van de leerstoel aërodynamica (Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) op de vraag waarom ze fruitvliegen onderzoeken. Samen met ir. David Lentink probeert ze aan de luchtwervelingen te rekenen die deze vliegjes in de lucht maken en die berekeningen in rekenmodellen te stoppen. “Het lijkt niet belangrijk”, zegt Lentink, “maar voor zo’n beestje hebben de wervelingen die hij tijdens het vliegen achterlaat invloed op zijn voortbeweging.”



Reden om bij L&R met fruitvliegen te experimenten zijn de micro air vehicles (MAV’s), kleine vliegtuigen die in de palm van je hand passen. Deze miniatuurvliegtuigen worden % uitgerust met sensoren, camera’s en microfoons – voor militaire doeleinden gebruikt zoals spionage, maar ook voor verkenning van Mars of chemische rampen.



Op het gebied van arodynamica en besturing roepen deze miniatuurvliegtuigen vragen op die voor de Boeiing al lang zijn opgelost. Veel MAV’s worden nu nog aangedreven met een propeller en hebben onbeweegbare vleugels. Maar volgens Lentink zijn klapvleugels % zoals bij een fruitvlieg % veel efficinter en kunnen ze tot wel vijf keer grotere liftkracht opwekken dan vaste vleugels. Bovendien kun je er verticaal mee opstijgen en landen.



Nadelen aan klapvleugels zijn er ook. Lentink: “Het beestje maakt voor zijn doen grote luchtwervels. Die wervelsoep maakt het vliegen niet eenvoudig. Toch heeft hij daar goed mee leren omgaan.”



Vandaar dat Bijl en Lentink dit mechanisme wilden onderzoeken. In Caltech (Californië) vonden ze Michael Dickinson, een expert op het gebied van fruitvliegen. Zo heeft hij in zijn laboratorium in Californië een robotfruitvlieg die honderd keer vergroot is nagemaakt in een bak met olie. Juist in olie, omdat de stroming zich dan net zo stroperig gedraagt als bij een echte fruitvlieg in de lucht.



In Delft gaat Lentink experimenteren met ‘eenvoudige set-ups om het gedrag van de wervelingen uit te zoeken’. Verder zullen Bijl en Lentink heel veel rekenen en alles in modellen stoppen, om een simulatieprogramma te maken voor biologen en vliegtuigbouwers.

Windstoot



“Experimenteel is het moeilijk te zien hoe een wervel zich heel dicht bij de vleugel gedraagt; hoe de vlieg omgaat met de luchtwervels die hij zelf creëert. Daarvoor kunnen wij simulaties goed gebruiken”, vertelt Bijl. Doel: achterhalen hoe de vlieg met zo min mogelijk energie zo ver mogelijk komt en met zo min mogelijk sturing toch een windstoot weerstaat. “Oftewel: zo eenvoudig mogelijk leren vliegen”, vult Bijl aan.



Lentink wil graag als promovendus aan dit onderzoek verder werken. Maar er is (nog) geen geld. “We hebben een goed rekenprogramma eneen goede bioloog. Over vier jaar hebben we zeker resultaten. Verder is dit onderzoek nieuw, het gaat niet om het uitdiepen van bestaande kennis. Ook als onze verwachtingen niet uitkomen, ben ik ervan overtuigd dat we interessante dingen tegenkomen. Bovendien is het breder toe te passen dan het lijkt”, aldus Lentink, die naar een artikel van afgelopen zomer in het wetenschappelijk tijdschrift Nature verwijst. Daaruit bleek dat alle vogels, insecten en vissen hetzelfde ‘Strouhal-getal’ hebben. Dat wil zeggen dat een fruitvlieg en een zwaan relatief gezien even hard met hun vleugels klapperen. “Blijkbaar zijn al die beesten optimaal getuned om te cruisen. Dit voorbeeld is voor ons van belang. Als wij zo’n optimum vinden, is dat direct toepasbaar voor de ontwikkeling van efficiënt flappende MAV’s ter grootte van een vlieg.”