Ontwerpers spotten met aerodynamische wetten Vreemde vliegende vormen

Sinds de eerste door Wilbur en Orville Wright op 17 december 1903 voltooide gemotoriseerde vlucht, is het nodige veranderd in de luchtvaart. Gammele staketsels van hout en linnen evolueerden tot gestandaardiseerde metalen constructies met rechte vleugels en dito staartsecties. Toch is er door de jaren heen onophoudelijk geëxperimenteerd met afwijkende vormen. Soms leidend tot uitvoerbare projecten, vaak echter zakelijk strandend vanwege niet uitvoerbare gedachtespinsels.

Bultruggen

Zelfs Airbus en Boeing blijken bereid van hun standaard af te wijken. Gedwongen door globalisering, outsourcing, off shoring, toeleveranciers en logistiek moesten beide fabrikanten manieren ontdekken om onderdelen aan de assemblagelijn te doen geraken. Het verschepen van onderdelen had daar- kant had hier al ervaring met vier propellermotor aangedreven ‘Super Guppy’ varianten en vertaalde die kennis naar de tweemotorige Beluga. Er pendelen tegenwoordig vijf Beluga’s tussen de Europese Airbus bouwfilialen. De toestellen vervoeren daarbij alles wat zich in het Airbus palet bevindt, dus ook onderdelen van de A380 Super Jumbo.

Charleston. Om dit mogelijk te maken, werd een kwartet viermotorige 747400’s opgekocht en omgebouwd tot Dreamlifter. De toestellen vliegen niet alleen binnen Amerika, maar ook vanuit Europa en Japan om rompsecties voor de Dreamliner te vervoeren.

Spiroidaal

Niet alledaags zijn ook de ontwikkelingen bij het Amerikaanse bedrijf Aviation Partners. Er worden bij het bedrijf niet alleen brandstofbesparende winglets voor onder meer Boeing verkeersvliegtuigen gebouwd, er wordt ook driftig geëxperimenteerd met variaties op dit thema. Letterlijk het meest in het oog springend zijn de spiroidale vleugeluiteinden waarmee een Falcon 50 TriJet is uitgerust.

Volgens Aviation Partners zijn de opmerkelijk gevormde vleugeluiteinden nog efficiënter dan gangbare winglets. Vergeleken daarmee zouden brandstofbesparing en efficiëntie nog eens met procenten toenemen. De vraag is echter of bij geen zin, want zowel te omslachtig als te lang durend. Waarna beiden een verkeersvliegtuig omtoverden tot vliegtuigonderdeel transporter. Bij Airbus werd daartoe een tweemotorige A300600 onder handen genomen. De fabri-

Bij Boeing een vergelijkbaar, zelfs mondiaal verhaal. Daar worden onderdelen van het nieuwe 787 Dreamliner verkeersvliegtuig letterlijk van over de globe aangesleept naar de eindassemblagelijnen in het Amerikaanse Everett en de gemiddelde CEO zich in een dergelijk toestel wil verplaatsen. Aan de andere kant, zelfs op een overbevolkte tarmac vind je zo’n opmerkelijk vormgegeven toestel altijd zonder zoeken terug.

Klein en dapper

Dat het allemaal niet high-tech hoeft te zijn, bewijst Verhees Engineering. Directeur-eigenaar ir. Bart Verhees deed eerst ervaring op met productverbeteringen van vliegtuigbouwkits. Later ontwierp hij dan weer in eigen beheer een daadwerkelijk vliegende en goedgekeurde deltavleugel. Verhees werkte tussen 1998 en 2003 aan het ontwerp dat uiteindelijk Frans geregistreerd zou worden omdat luchtvaartautoriteiten uit verschillende pk. Het door EADS ondersteunde toestel vliegt met twee elektromotoren die vier propellers aandrijven.

Burt Rutan

In het rijtje van ‘spotters met aerodynamica’ mag Burt Rutan niet ontbreken. Rutan (in 1982 oprichter van en tot dit voorjaar eigenaar van het Amerikaanse bedrijf Scaled Composites) tekende niet alleen conventionele ontwerpen, maar bedacht ook onmogelijk geachte en de combinatie lift/aandrijving goed is berekend. Dat hij het bij het rechte eind heeft, blijkt uit meerdere geslaagde ontwerpen, de één nog vreemder ogend dan de ander.

Tot de recente verbeelding sprekend is de ‘Eve’, het viermotorige draagvliegtuig waarmee toekomstige klanten van Virgin Galactic hun ruimtereis beginnen. VMS Eve brengt het ruimteveer SpaceShipTwo (SS2) Enterprise naar een hoogte landen niet konden of wilden geloven dat deze ‘eigenbouw’ daadwerkelijk veilig zou kunnen vliegen. Het in België gebaseerde toestel ziet er niet uit, maar bewijst wel degelijk dat esthetica en aerodynamica niet hand in hand hoeven te gaan. Verhees werkt inmiddels aan een meerpersoonsvariant.

Ook de elektrische variant van het miniatuurvliegtuigje CriCri is een fraai voorbeeld van technologische evolutie. Het concept van het kleine 90 kg zware eenzittertje dat zelf gebouwd mag worden, is omarmd door industriegigant EADS. Het toestelletje heeft normaal twee kleine JPX verbrandingsmotoren van elk 15 constructies. Omgekeerde pijlvleugels, dubbele staartbomen (als bij de Proteus), dubbele rompen, asymmetrisch geplaatste turboprop motoren (de Boomerang), niets was en is te gek voor de eigenzinnige Amerikaanse ontwerperconstructeur. Volgens Rutan kan in principe alles vliegen, zolang de aerodynamische verhoudingen maar kloppen van 15 kilometer. Op die hoogte wordt het ruimteveer losgekoppeld en de raket-motor ontstoken. Het kunststoffen moederschip bestaat feitelijk uit twee aan elkaar gekoppelde vliegtuigrompen met een korte tussenvleugel waaraan SS2 hangt. Ook de éénmotorige Global Flyer waarmee wijlen Steve Fossett een geslaagde (maart 2005) non-stop vlucht om de wereld maakte, is door Rutan ontworpen, evenals het mislukte Beechcraft Starship concept voor zakelijk gebruik. Hoewel Rutan formeel niet meer betrokken is bij Scaled Composites, doken zeer recent nog twee van zijn creaties op. Zo onthulde Northrop Grumman in de vroege zomer van 2011 de Firebird, een onbemand dan wel bemand kunststoffen observatievliegtuig dat zeer lang non stop kan vliegen. Ook Rutan’s recentste creatie, de BiPod (met een duidelijke knipoog naar Apple’s iPad) leidt tot opgetrokken wenkbrauwen. Opnieuw twee rompen, maar dan ontwikkeld met het oog op zowel weg- als luchtgebruik. Je bestuurt hem in autostand vanuit de linker cockpit; vliegen doe je vanuit de rechter. Er worden twee verbrandingsmotoren voorzien van 450 cc die elk aan generatoren zijn gekoppeld. Voor het vliegen en rijden zijn vier elektromotoren van elk 15 kW verantwoordelijk, die niet alleen de wielen, maar ook de vier propellers aandrijven. Met de BiPod zijn inmiddels de eerste propellerloze hopjes gemaakt.

Piaggio Avanti

Dat futuristische ontwerpen ook commercieel kunnen slagen is te zien bij de tweemotorige Avanti turboprop van het Italiaanse Piaggio Aero. Ondanks de afwijkende vorm, is het zakentoestel een succes. De Avanti is bijna net zo snel als een jet, vliegt even hoog en zelfs beduidend verder tegen aanmerkelijk lagere uurkosten. De Italiaanse creatie heeft ‘canardvleugels’ aan de voorzijde en wordt aangedreven door twee ‘pusher- props’ aan de achterkant. Bij het ontwerp draagt eigenlijk de hele onderzijde (inclusief de romp) bij aan de voor vliegen noodzakelijke ‘lift’.

Helikopters

Vergeleken met vliegtuigen zijn helikopters in meerdere opzichten in het nadeel. Ze kunnen weliswaar verticaal opstijgen en landen, maar dat heeft zijn prijs. Als het om aerodynamica gaat, werkt de romp niet mee als het op ‘lift’ aankomt. Ook moeten de effecten van de hoofdrotor worden gecompenseerd met een staartrotor om het koppel te neutraliseren. Eveneens is er sprake van beperkingen in termen van bereik en snelheid. Want een snelheid van 250 knopen (450 km/uur) werd lang voor onmogelijk gehouden. Dat wist ‘founding father’ Igor Sikorsky (1889-1972) al toen hij in 1940 met de VS-300 bewees dat verticaal starten en landen met een luchtvaartuig mogelijk was.

Sikorsky X2

De Amerikaanse helikopterbouwer Sikorsky heeft lang op de problematiek gestuurd en pas rond 2010 een oplossing gevonden in de vorm van de X2 Technology Demonstrator. Het kleine helikoptertje heeft coaxiale rotorbladen en een duwschroef in de staart voor voorwaartse snelheid. De helikopter vestigde in het najaar van 2010 een wereldrecord in de gewichtsklasse tot 3.500 kilogram door een snelheid op te tekenen van 260 knopen (482 km/u).

Sikorsky zegt met de X2 voldoende informatie te hebben verzameld om te beginnen aan de ontwikkeling van een grotere, militaire uitvoering. De fabrikant gaat een bewapende verkenningsvariant produceren onder de naam S-97 Raider in het kader van het Armed Aerial Scout (AAS) programma van de Amerikaanse strijdkrachten. De X2 heeft in totaal 22 uur gevlogen. De S-97 Raider gaat plaats bieden aan twee piloten en maximaal zes bewapende militairen.

Tiltrotor

Het compromis dan maar: vliegen als een vliegtuig, maar kunnen landen en starten als een helikopter. Het kan. De Amerikaanse Bell-Boeing V-22 Osprey is daarvan al sinds 1989 het vliegende bewijs. Het ‘legervoertuig’ start verticaal, beweegt zich horizontaal voorwaarts, maar landt vervolgens weer verticaal. Het geheim zit hem in de groot uitge- vallen motoren en propellerbladen die aan de vleugeluiteinden zijn bevestigd. Door deze naar boven te kantelen, kan verticaal worden opgestegen waarna de motoren voor de horizontale vlucht naar voren worden gedraaid als bij conventionele propeller-aangedreven vliegtuigen. De technische complexiteit leidde in het begin tot de nodige ongevallen, maar werkt sinds 2007 naar behoren. De Osprey kan tot 24 bepakte militairen vervoeren over ruim 700 kilometer aan een snelheid van bijna 500 km/uur. Er zijn inmiddels ruim honderd (van in totaal meer dan 450 te leveren) Ospreys geleverd aan de vier Amerikaanse krijgsmachtonderdelen.

AW609

Aan een civiele tiltrotorvariant wordt als sinds 2003 door Bell en AgustaWestland (AW) gesleuteld. Recent gaf Bell echter te kennen zich grotendeels terug te willen trekken uit het project. Van de vier, voor certificatie benodigde, prototypes vliegen er inmiddels twee, waarvan een in het Amerikaanse Arlington en het andere in Vergiate.

Door het terugtreden van Bell is de typeaanduiding BA609 veranderd in AW609. De twee nog te bouwen prototypes zullen in het Italiaanse Cascina Costa worden gebouwd, waar ook het ontwikkelingsteam zal worden gehuisvest. Het toestel biedt plek aan zes tot negen passagiers, en kan aan een topsnelheid van ruim 500 km/uur tot 1.300 kilometer overbruggen. (Met extra tanks zelfs 1.800 kilometer.)

Er zijn meer dan tachtig BA609’s/ AW609’s besteld, maar AW hoopt op een order van veertig tot vijftig toestellen van de Italiaanse overheid voor onder meer een SAR-variant (Search and Rescue). In SAR-uitvoering kunnen dan tot zes geredden mee. Het toestel zou in 2015 gecertificeerd moeten zijn.

Eurocopter X3

Eurocopter’s nieuwe X3 lijkt dan weer een compromis te zijn tussen een helikopter en een tiltrotor. Het nieuwe concept oogt als een conventionele helikopter, maar dan voorzien van kleine vleugeltjes waaraan de motoren en propellers rigide zijn bevestigd.

De X3 vloog in september 2010 voor het eerst en deed in december van zich spreken door 330 km/uur te klokken. In mei 2011 werden al snelheden opgetekend van 430 km/u. Volgens de Europese fabrikant zijn tijdens testvluchten inmiddels de vliegeigenschappen van de helikopter al geanalyseerd. Daarbij werden hellingshoeken bereikt van zestig graden en werd de functionaliteit van de automatische piloot onderzocht.

Om de ontwikkelingskosten binnen de perken te houden, is gebruik gemaakt van componenten uit drie bestaande helikopters: de romp van de Dauphin 365, de hoofdrotor van de EC155 en het transmissiesysteem van de nieuwe EC175. Eurocopter noemt de nieuwe helikopter daarom het Hybrid 3 (H3) concept.

DuPont

De Amerikaanse duPont Aerospace Company introduceerde met de DP-1C een eveneens verticaal stijgend en landend voertuig. Twee kantelbare motoruitlaten moeten hier voor de horizontale start en landing zorgen (TVS, het zogenoemde Thrust Vectoring System). Om in horizontale vlucht te geraken worden de uitlaten in horizontale toestand ge- bracht. De DP-1C zou moeten dienen als proefobject voor de grotere DP-2 dat een militaire rol krijgt toegediend. Hoewel al in 2007 zweefproeven werden uitgevoerd, is de status van dit project momenteel niet duidelijk. 