UT Twente verbetert windtunnelmetingen voor stiller vliegverkeer

Vliegtuiglawaai is een ergerlijke bron van omgevingslawaai en een belangrijke bron van stress voor omwonenden en dieren in de omgeving van luchthavens. De reductie van vliegtuiglawaai is in Nederland een belangrijk maatschappelijk vraagstuk, zoals blijkt uit de discussies rondom het toegelaten aantal vliegbewegingen op Schiphol. Een oplossing voor het verminderen van vliegtuiglawaai is het ontwikkelen en valideren van geluid-reducerende technologieën. Onlangs promoveerden Marijn Sanders en Julian Biesheuvel van de Universiteit Twente op onderzoek met windtunnelmetingen naar stillere vliegtuigen.

In het project naar stillere vliegtuigen met de naam ‘Silent Approach’ is met name gekeken naar het geluid veroorzaakt in de landingsfase. Het geluid wordt dan in belangrijke mate bepaald door de stroming rondom de delen van het vliegtuig, zoals de ‘high lift devices’, dat zijn de welvingskleppen aan de voor- (slats) en achterkant (flaps) van de vleugel. Bij het ontwerp en de inzet van nieuwe technologie moeten deze onderdelen bijdragen aan stillere vliegtuigen. “Geluidsmetingen aan schaalmodellen in windtunnels spelen daarbij een essentiële rol”, vertelt Marijn Sanders.

Voordelen onderzoek windtunnelmetingen

“Dit type meting in een windtunnel is kostenefficiënt in vergelijking met metingen aan een configuratie op werkelijke grootte. Het voorziet onderzoekers en vliegtuigfabrikanten van waardevolle, op fysica gebaseerde data. Deze data valideert vervolgens nieuwe (semi-) analytische voorspellingsmodellen voor geluid. Daarmee vinden voorspellingen plaats voor het vliegtuiglawaai op werkelijke schaal in ‘vrije vlucht’. Daarnaast breidt de data bestaande databases verder uit ten behoeve van nieuwe ontwerpen.”

Meetonzekerheid

Metingen aan vliegtuigen tijdens de vlucht zijn duur en gecompliceerd. Het is zeer lastig om te bepalen hoeveel elk deel van het vliegtuig bijdraagt aan het gemeten geluid. Daarnaast is het niet mogelijk om de omstandigheden te controleren. Aero-akoestische metingen in windtunnels bieden een alternatief, maar zijn onderhevig aan grote meetonzekerheid. Validatie van de resultaten door bijvoorbeeld vergelijkingen van metingen van wetenschappers en ingenieurs vanuit instituten met verschillende windtunnels is lastig. De betrouwbaarheid van de vertaling naar de realiteit is onzeker.

Onderzoek Marijn Sanders

De onbetrouwbaarheid is voornamelijk te wijten aan een gebrek aan: (1) inzicht in hoe de gebruikte windtunnel configuratie (grootte en type testsectie) de aero-akoestische metingen beïnvloedt. En (2) het ontbreken van een algemeen kader om aero-akoestische metingen te corrigeren naar een standaard vrije-veldconditie. Het onderzoek van Marijn Sanders uitgevoerd in de stille windtunnel van de UT richtte zich op de identificatie en reductie van de systematische fouten gerelateerd aan het type testsectie van de windtunnel.

Onderzoek Julian Biesheuvel

Julian Biesheuvel deed onderzoek op het Nederlands lucht- en ruimtevaartlaboratorium (NLR) in Marknesse. Op hetzelfde terrein bevinden zich de grote industriële windtunnels van de Duits-Nederlandse Windtunnels (DNW). Het onderzoek van Julian spitste zich toe op de specifieke problemen die zich voordoen bij de precieze lokalisatie van geluidsbronnen op een model in een grote windtunnel met open testsectie. In de LLF windtunnel van DNW verrichtte hij onderzoek om te kijken hoe het geluid zich daarbij van het model door de windtunnel voortbeweegt naar de microfoon arrays die zich buiten de windtunnel straal bevinden.

Betere voorspelling geluidsbronnen bij akoestische windtunnelmetingen

De effecten maken het moeilijk om uit het gemeten geluid door de microfoons precies te bepalen waar de bron zich exact op het model bevindt. Geluidscorrecties voor dit soort effecten zijn bij akoestische windtunnelmetingen cruciaal. De windtunnelmetingen en analyses gedaan door Marijn Sanders en Julian Biesheuvel hebben belangrijke inzichten gegeven. Een betere voorspelling van geluidsbronnen op vliegtuigen is mogelijk. Evenals voor drones (UAV) en de nieuwe generatie van duurzamere vliegtuigen in ontwikkeling met bijvoorbeeld elektrisch aangedreven voortstuwing. De resultaten zijn daarnaast van belang voor de voorspelling van geluid van windturbines. Met de verkregen meetdata zijn verschillende correctiemethodes ontwikkeld die bijdragen aan het efficiënter maken van grote windtunneltestcampagnes.

Meer informatie

Dit onderzoek werd gedaan in het kader van een TKI HTSM project ‘silent approach’ van een consortium van de UT, het koninklijke NLR – Nederlands Lucht en Ruimtevaartcentrum, Duits Nederlandse Wind tunnels DNW, en de vliegtuigfabrikant Embraer. Het project aan de Universiteit Twente is uitgevoerd in de leerstoel Engineering Fluid Dynamics van prof. dr. ir. Kees Venner en werd geleid door dr. Leandro de Santana, en ir. Marthijn Tuinstra (NLR).

Akoestische panelen

Tegen deze achtergrond van het streven naar stillere vliegtuigen en geluidsbeheersing, wordt er ook gekeken naar bijvoorbeeld akoestische plafondpanelen. Deze panelen, die ontworpen zijn om geluidsgolven te absorberen en te beheersen, kunnen een aanzienlijke impact hebben op het verminderen van geluidsoverlast in gebouwen en openbare ruimtes nabij luchthavens.

Akoestische plafondpanelen kunnen bijvoorbeeld worden geïnstalleerd in woningen, kantoren of openbare gebouwen die zich in de buurt van luchthavens bevinden. De panelen zullen het binnendringende vliegtuiglawaai absorberen en zo bijdragen aan een rustiger en stressvrije omgeving. Niet alleen zorgen deze panelen voor een vermindering van lawaai, maar ze kunnen ook esthetisch aantrekkelijk zijn en bijdragen aan een aangename binnenomgeving. Daarnaast zijn akoestische panelen ook een waardevolle toevoeging aan onderzoeksfaciliteiten zoals windtunnels. Ze kunnen helpen bij het verminderen van achtergrondgeluid en het verbeteren van de nauwkeurigheid van geluidsmetingen.