Vliegtuig van de toekomst: eerste real time-analyse van flutter (video)

Vliegtuigen zijn lichtgewicht constructies die niet stijf zijn, maar elastisch. In de toekomst zullen ze steeds lichter en flexibeler worden, wat betekent dat trillingen vaker optreden. De ingewikkelde wisselwerking tussen elastische trillingen beïnvloedt de vluchteigenschappen van het vliegtuig. Het bekendste aëro-elastische fenomeen is flutter, oftewel trillingsversterking, waarbij de trillingen van het vliegtuig een zodanige wisselwerking aangaan met de omringende luchtstromen dat de amplitudes van de trillingen snel toenemen. Om dit te voorkomen en om kritische vluchtomstandigheden te vermijden, moeten zogeheten flutteranalyses worden uitgevoerd.

Test in een windtunnel

Voor de test is een zeer elastisch glasvezel vleugelmodel voorzien van een groot aantal druksensoren en rekstrookjes. Vervolgens is het model getest bij snelheden van Mach 0,7 tot Mach 0,9 (wat overeenkomt met luchtsnelheden van 850 tot 1100 kilometer per uur) voor verschillende invalshoeken.

De onderzoekers registreerden de trillingen en gebruikten een innovatieve methode om de eigenfrequenties en dempingsverhoudingen te analyseren. In het verleden konden de grote hoeveelheden gegevens die tijdens dergelijke tests werden verkregen slechts met enige vertraging worden beoordeeld. Dankzij een door DLR ontwikkelde methode kan de gegevensanalyse nu echter zonder vertraging worden uitgevoerd. Hierdoor was het mogelijk om tijdens de test precies vast te stellen welke veiligheidsmarges er nog overbleven voordat er trillingsversterking optreedt en het vliegtuigmodel mogelijk hierdoor wordt vernietigd. De methode moet het mogelijk maken om toekomstige vliegtuigen efficiënter en sneller te testen.

Taakverdeling

De Braziliaanse vliegtuigfabrikant Embraer heeft het HMAE1-project opgezet om numerieke voorspellingen van trillingsversterking bij vliegtuigvleugels te testen en om toekomstige analyses efficiënter te maken. NLR en het DLR Institute of Aeroelasticity in het Duitse Göttingen hebben hun krachten gebundeld om een voorontwerp op te stellen van een windtunnelmodel dat is afgestemd op de oppervlaktegeometrie van de vleugel, zodat er aan de toepasselijke eisen wordt voldaan. Het gedetailleerde ontwerp van de eigenlijke glasvezelvleugel en de pylon-vleugelverbinding werd opgesteld door NLR, dat ook de vleugel bouwde en de ingebouwde meettechnologie voor het model ontwikkelde.

DNW was voornamelijk verantwoordelijk voor de voorbereiding en uitvoering van de test. De feitelijke windtunneltest werd uitgevoerd in de High-Speed Tunnel (HST) van DNW in Amsterdam, met behulp van het door NLR ontworpen en vervaardigde windtunnelmodel, waarbij DLR de gegevensanalyse in real time uitvoerde.