Roerloos vliegen

Om een vliegtuig te besturen, maken de vliegers gebruik van de roeren in de horizontale en verticale staartvlakken. Het kan echter anders. McDonnell Douglas en de NASA hebben dit jaar geëxperimenteerd met de besturing van een MD-11 verkeersvliegtuig met uitsluitend het motorvermogen. Het toestel heeft enkele landingen gemaakt, zonder dat de roeren gebruikt werden.

Erg logisch lijkt het op het op het eerste gezicht niet, om een conventioneel verkeersvliegtuig op zo'n buitenissige manier aan de grond te zetten. Toch betreft het hier geen experimenten van wereldvreemde ingenieurs. Op 19 juli 1989 kwamen de vliegers van een McDonnell Douglas DC-10 te staan voor de opgave om precies dit te doen.

Het toestel was onderweg van Denver naar Chicago, toen de middelste van de drie motoren het op een dramatische wijze liet afweten. De fandisc, de rotor met de grote fanbladen die aan de voorkant van de motor zit, begaf het. Vervolgens sneed de fan als een cirkelzaag van 2,20 meter diameter door het achterste deel van de romp. Dit verdween in de diepte evenals een deel van het verticale staartvlak.

Maar dat was niet het ergste. Leidingen van alle drie de hydraulische systemen werden doorgesneden. Alle hydraulische kracht viel weg, zodat er geen kracht meer beschikbaar was voor het gebruik van de roeren, het uitdraaien van de vleugelkleppen en het neerlaten van het onderstel. (Het laatste is in noodgevallen ook mogelijk door de onderstelpoten te ontgrendelen, waarna ze als het ware in positie vallen.) Door een grote dosis inventiviteit, geluk (goed weer) en perfecte onderlinge samenwerking konden de piloten en de boordwerktuigkundige het toestel redelijk goed op de landingsbaan van Sioux City krijgen. De beheersing over het toestel was natuurlijk verre van volledig, terwijl de landingssnelheid veel te hoog was. Het toestel brak tijdens de landing in stukken. Desondanks overleefden 184 van de 296 inzittenden het ongeval.

Uniek is dit ongeval niet. In 1985 ging door een explosie alle hydraulische kracht verloren in een Japanse Boeing 747. Er was slechts één overlevende.

Het ongeval met de DC-10 heeft de ingenieurs van McDonnell Douglas en de NASA aan het denken gezet over een alternatieve noodbesturing van grote vliegtuigen. Hiervoor relevante kennis was ten dele al verkregen in experimenten met gevechtsvliegtuigen met draaibare straalpijpen. Dat dient bij deze toestellen vooral om sneller te kunnen manoeuvreren. In 1993 heeft een McDonnell Douglas F-15 gevechtsvliegtuig enkele landingen gemaakt, waarbij het toestel met alleen de motoren bestuurd werd.

De NASA heeft voor de MD-11 de PCA-software ontwikkeld, die de besturing mogelijk maakt. PCA staat voor propulsion-controlled aircraft. Deze software regelt de stuwkracht zodanig, dat de verticale slingering van het toestel wordt tegengegaan. Deze slingering, waarbij de neus voortdurend langzaam omhoog komt en weer naar beneden zakt, was een van de grootste problemen van de vliegers van de verongelukte DC-10.

De motoren kunnen hiervoor gebruikt worden, doordat het aangrijpingspunt van stuwkracht van de twee motoren onder de vleugel beneden het zwaartepunt van het vliegtuig ligt. Als de neus tijdens de slingerbeweging naar beneden gaat, dan kan deze omhoog gedrukt worden door deze motoren iets meer stuwkracht te laten geven. Met de motor boven de staart kan hetzelfde effect worden bereikt, zij het dat deze bij meer stuwkracht de neus juist naar beneden duwt.

Ook de rolbeweging van de MD-11 kan beïnvloed worden. Door de linker motor meer stuwkracht te laten geven, giert het toestel naar rechts. De linkervleugel beweegt dan iets sneller ten opzichte van de lucht dan de rechter. Daardoor levert de linkervleugel meer draagkracht, zodat deze omhoog komt. Hiermee kan een rolbeweging naar rechts worden tegengegaan.

De testvliegers zijn enthousiast over de PCA-software. De verticale slingerbeweging kan 'indrukwekkend precies' worden beheerst, aldus testvlieger Gordon Fullerton van de NASA. 'De rolbeweging is moeilijker te beheersen, vooral voor kleine correcties van een of twee graden.'

PCA is niet bruikbaar in ieder verkeersvliegtuig. Het is alleen bruikbaar in moderne toestellen, waarvan de motoren elektronisch geregeld worden. Het is niet moeilijk om de besturingssoftware uit te breiden met een PCA-module. McDonnell Douglas heeft PCA al getest in de simulator van de C-17. Dit is een groot vrachtvliegtuig, dat de Amerikaanse luchtmacht binnenkort in dienst neemt. De resultaten van deze tests waren goed.

Lang niet ieder vliegtuig heeft een configuratie die geschikt is voor PCA. Dit is het geval als de motoren dichtbij de lijn liggen, die het centrum van de aërodynamische krachten voorstelt. Dan is het moment van de stuwkracht te klein om voldoende invloed op de beweging van het vliegtuig te hebben. Bij de DC-10 en MD-11 hangen twee motoren vele meters naast en iets onder deze lijn. De middenmotor is erboven geplaatst. Dat maakt deze toestellen tot de best met PCA bestuurbare exemplaren.

Ook vliegtuigen met alleen motoren onder de vleugels kunnen met PCA bestuurd worden. Het gemis van een hoog geplaatste motor leidt ertoe dat het effect van PCA kleiner is. Vliegtuigen die twee motoren naast het achterste deel van de romp hebben, hebben nauwelijks baat bij PCA. Dit zijn onder andere de Fokker-70 en -100 en de MD-90.

Waar de PCA-experimenten toe zullen leiden, is nog onduidelijk. Het ziet er naar uit dat de DC-10 in Sioux City een veel betere landing had kunnen maken met PCA. Wellicht had ook de Japanse Boeing 747 ermee gered kunnen worden. Uit veiligheidsoogpunt is er dus iets te zeggen voor invoering van PCA in de burgerluchtvaart. Maar daar zijn kosten mee gemoeid, terwijl zo'n ongeluk maar weinig voorkomt. Zoals Alfred Haynes, gezagvoerder tijdens het ongeval in Sioux City, al opmerkte: 'Dit was een kans van één op een miljard.'