Duurzame innovaties in de luchtvaart voor de bv Nederland
Programmaleider Johan Kos over Ontwikkeling van Lucht- en Ruimtevaartuigen
Hoe zien lucht- en ruimtevaartuigen er in de toekomst uit? En hoe zorgen we dat deze nieuwe toestellen aansluiten bij maatschappelijke en economische behoeften? Er loopt onderzoek naar compleet nieuwe en duurzame vliegtuigen, denk aan het onderzoek naar de toestellen op waterstof. Maar er zijn ook veel minder zichtbare ontwikkelingen, bijvoorbeeld in hoogvermogensbekabeling van elektrische vliegtuigen of in lichtgewicht thermoplastische materialen. Ook deze onderzoeken zijn van cruciaal belang voor de ontwikkeling van duurzame luchtvaart. Het NLR-kennisprogramma Ontwikkeling van Lucht- en Ruimtevaartuigen (OLR) is hier nauw bij betrokken.
Wat houdt het kennisprogramma Ontwikkeling van Lucht- en Ruimtevaartuigen in?
“Met dit programma dragen we bij aan de ontwikkeling van lucht- en ruimtevaartuigen, zowel voor civiele als voor militaire toepassingen. Als je kijkt naar de civiele luchtvaart, dan zijn er grote uitdagingen met betrekking tot de impact op het klimaat. Wij proberen met dit programma bij te dragen met lichtere constructies door lichtere materialen, meer duurzame voorstuwing en met bijbehorende innovaties in systemen. Hierbij is voor ons belangrijk dat de Nederlandse industrie met onze onderzoeksresultaten – en uiteindelijk ook met hun klanten – daadwerkelijk aan de slag kan met de implementatie van de oplossingen.”
“Het fijne aan programmatisch werken is dat de samenwerking met de andere partijen, zoals bedrijven, echt onderdeel is van het ontwikkeltraject. We werken naar een gezamenlijk doel, dat zorgt voor een beter resultaat.”
Over de programmaleider
Johan Kos is principal R&D engineer en programmaleider van het programma Ontwikkeling van Lucht- en Ruimtevaartuigen. Hij is gepromoveerd als wiskundige en via NLR voor het eerst met lucht- en ruimtevaart in aanraking gekomen.
“Ik vind het heel interessant wat er allemaal gebeurt op dit gebied. Het is een grote uitdaging om met de Nederlandse maakindustrie de luchtvaart te verduurzamen en tegelijkertijd te voldoen aan de behoeften op het gebied van wereldwijd transport via de lucht.”
Kun je een voorbeeld noemen van projecten waar jullie mee bezig zijn?
“In de huidige vliegtuigen voor de korte tot middellange afstand is de romp gemaakt van aluminium. Wij onderzoeken nu de mogelijkheden om de constructie van de romp te maken van koolstofvezelversterkt thermoplast, een composiet. Dit is en makkelijker recyclebaar dan aluminium en uiteindelijk kan dit nieuwe materiaal leiden tot een tien procent lichtere romp. Het is de bedoeling dat dit materiaal uiteindelijk gebruikt gaat worden in nieuwe vliegtuigen van Airbus.”
“We hebben een stuk van de onderste helft van een romp nagebouwd met thermoplast, inclusief de integratie van enkele systemen. Een voordeel van thermoplast is dat het relatief makkelijk aan elkaar te verbinden is door middel van lassen. Je hebt geen koppelstukken of onderdelen van een ander materiaal nodig. Een deel van het onderzoek is dan ook gericht op het vinden van de beste lastechnologie. De eigenschappen van thermoplast maken het geschikt om modulair te bouwen. Stukken van de romp uitgerust met systemen en interieurdelen, kunnen al in een fabriek in elkaar gezet worden en daarna samengevoegd in de eindassemblage. Zo kun je veel makkelijker en efficiënter werken, je zit elkaar namelijk niet in de weg bij de eindassemblage.”
“Binnen het STUNNING-consortium werken we aan de onderste helft van de romp, tot en met de vloer van de passagierscabine. In dit consortium werken verschillende Europese bedrijven, waaronder NLR, TU Delft en SAM|XL, samen onder leiding van GKN Fokker. Het is onderdeel van Clean Sky 2, een Europees samenwerkingsprogramma. In dat programma is ook de bovenste helft van het rompdeel al gemaakt. Nu wordt gewerkt aan het verbinden van bovenste en onderste helft.”
“NLR was binnen het consortium verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de huid van het vliegtuig, dus het buitenste laagje dat om de romp heen zit. De huid is maar een paar millimeter dik. Het moet heel sterk zijn, want dit vormt het drukverschil tussen de binnen- en de buitenlucht. Het is ons gelukt om een huid van vier bij acht meter te maken uit één stuk thermoplast. Dat was nog nooit eerder gelukt. Hoe groter de stukken huid, des te minder verbindingen er zijn. Dat maakt de huid lichter en de productie efficiënter.”
STUNNING in the NLR Fibre Placement Machine
Nieuwe technologieën
“Vliegtuigbouwers willen in 2035 een nieuw vliegtuig op de markt brengen. De nieuwe technologieën die we nu onderzoeken moeten daaraan bijdragen. 2035 klinkt nu nog heel ver weg, maar het ontwikkeltraject is lang. We willen natuurlijk zeker zijn van de kwaliteiten van nieuwe materialen en de constructies die we daarmee maken voordat we ze in een vliegtuig gebruiken.”
“De ontwikkelingen op het gebied van thermoplast kun je eigenlijk zien als de bouwstenen voor een nieuw vliegtuig. Omdat het vliegtuig lichter is, verbruikt het minder brandstof. De romp van thermoplast kan zowel in kerosine-toestellen als in vliegtuigen met nieuwe aandrijflijnen worden gebruikt. Als we in de toekomst gaan vliegen op waterstof, dan heeft dan wel gevolgen voor de indeling van de romp. De brandstoftank zit bij veel kerosine-toestellen in de vleugels, terwijl de tank voor vloeibare waterstof bij een waterstofvliegtuig waarschijnlijk in de romp komt te zitten. We onderzoeken ook de mogelijkheden om zo’n tank van lichtgewicht composiet te maken. Daarbij ontwikkelen we faciliteiten om de materialen en constructies bij temperaturen onder twintig Kelvin te kunnen testen.”
“NLR neemt ook deel in verschillende projecten binnen het Europese samenwerkingsverband Clean Aviation, de opvolger van Clean Sky 2. Hierin is bijvoorbeeld veel aandacht voor voortstuwingstechnologie, vliegtuigen aangedreven door waterstofverbranding, hybride elektrische concepten en het verbeteren van de brandstofefficiëntie. Een van de onderzoeken van NLR richt zich op de hoogvermogensbekabeling in hybride-elektrische vliegtuigen. Een ander onderzoek richt zich op de integratie van brandstofcellen. NLR draagt bij aan de beheersing van de temperatuur bij die systemen, gebruikmakend van opgedane kennis uit de ruimtevaart. Daarnaast is er ook aandacht voor de integratie van onderdelen voor waterstofaandrijving in de composiet constructie van vliegtuigen. Dat sluit ook aan bij kennisopbouw in eerdere projecten binnen het programma Ontwikkeling van Lucht- en Ruimtevaartuigen.”
“Belangrijk dat de Nederlandse industrie met onze onderzoeksresultaten daadwerkelijk aan de slag kan met de implementatie van de oplossingen.”
Nieuwe ruimtevaartuigen
“Naast de ontwikkelingen rondom vliegtuigen, zijn wij binnen dit programma ook bezig met de ontwikkeling van nieuwe ruimtevaartuigen. Er zijn verschillende projecten rondom kleine satellieten in lagere banen. Zo zoeken we bijvoorbeeld naar manieren om redundantie (dubbelingen) van processoren te vermijden. Dubbele uitvoering kost meer vermogen en vermindert de prestaties, dus zoeken we nu naar alternatieve onderdelen met een hogere betrouwbaarheid. NLR ontwikkelt een stralingstestfaciliteit om te onderzoeken welke aanpassingen effectief zijn, of overbodig. Dit zijn allemaal onderzoeken waarvan de resultaten niet meteen opvallen, maar die wel heel belangrijk zijn voor de toekomst.”
Wat is het doel van het programma?
“NLR wil met dit programma de Nederlandse lucht- en ruimtevaartindustrie een concurrerend aandeel geven in de ontwikkeling en productie van nieuwe lucht- en ruimtevaartuigen. Hierbij staan (kosten) efficiëntie, veiligheid en duurzaamheid centraal. Dan gaat het om vliegtuigen, maar ook om ruimtevaartuigen zoals satellieten. Daarnaast richten we ons op kennisontwikkeling voor het ministerie van Defensie. Zo kijken we wat nieuwe technologieën betekenen voor Defensie. Naast de ontwikkeling van lucht- en ruimtevaartuigen zelf, kijken we ook naar de regelgeving omtrent de nieuwe technologieën en luchtvaartuigen.”
NLR als inspiratiebron
“Wij doen bij NLR veel onderzoeken naar de mogelijkheden en onmogelijkheden in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Dat begint altijd op heel kleine schaal en groeit steeds verder uit. Met onderzoek naar thermoplast zijn we bijvoorbeeld al meer dan vijftien jaar bezig. Nu hebben we een groot prototype waar vliegtuigbouwers echt mee vooruit kunnen. Dat maakt NLR voor vliegtuigbouwers en andere betrokkenen een inspiratiebron en een goede sparringpartner.”
Veranderende dynamiek
“In Nederland maken we geen complete vliegtuigen, maar we ontwikkelen en leveren wel onderdelen. Door de opkomst van nieuwe technologieën, ontstaan er ook kansen voor bedrijven die eerder niet in de luchtvaart actief waren, dat maakt het extra interessant. Daardoor hebben we bij NLR ook regelmatig te maken met startups en mkb’ers. Dat is natuurlijk heel anders samenwerken dan met een grote partij als Airbus. Juist die verschillende dynamieken maken het werk interessant en zorgen voor een goed resultaat.”
Lees hier meer over onze kennisprogramma’s
Video: STUNNING | World’s largest known thermoplastic aircraft structure