Een luchtzak op de grond; Nieuwe Delftse vluchtsimulator bootst vliegtuigen beter na

VLUCHTSIMULATOREN worden veelvuldig gebruikt voor de opleiding van piloten in spe. In de burgerluchtvaart zijn momenteel ongeveer duizend simulatoren in gebruik, die het gedrag van een vliegtuig vrij realistisch nabootsen. Er bestaan echter nog altijd verschillen in het gedrag van simulatoren en vliegtuigen. Op de TU Delft wordt gewerkt aan een simulator die een aanzienlijk betere nabootsing van vliegtuigen mogelijk maakt.

De simulator wordt ontwikkeld door het International Centre for Research in Simulation, Motion and Navigation Technologies, kortweg SIMONA. Dit is een samenwerkingsverband van de faculteiten Lucht- en Ruimtevaarttechniek, Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Elektrotechniek. Ook andere faculteiten en onderzoeksinstituten, waaronder TNO en het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, werken mee.

De SIMONA Research Simulator (SRS) zelf zal overigens niet worden gebruikt om vliegers op te leiden. Directeur Sunjoo Advani van SIMONA: “Wij ontwikkelen de technologie waarmee over enkele jaren betere simulators gebouwd kunnen worden. De SRS zal gebruikt worden voor verder onderzoek, bijvoorbeeld naar de interactie tussen vlieger en vliegtuig. Het is belangrijk te weten welke perceptie vliegers hebben van de bewegingen van hun toestel.” De bedoeling is om simulatoren te ontwikkelen waarvan het 'vlieggedrag' niet merkbaar afwijkt van dat van het gesimuleerde toestel. Piloten kunnen zich hiermee voorbereiden op noodsituaties die met een echt vliegtuig nooit geoefend kunnen worden. Dat zal de veiligheid ten goede komen.

De huidige simulatoren hebben een reeks tekortkomingen. Zo slagen zij er niet in de versnellingen die optreden bij het begin van iedere beweging, realistisch na te bootsen. De vertraging in het bewegingssysteem van de meeste simulatoren bedraagt tussen de 80 en 120 milliseconden. De aanzet tot een versnelling verloopt dus langzamer dan in werkelijkheid. Mensen blijken zeer gevoelig te zijn voor het begin van een versnelling. Een kleine afwijking tussen simulatie en werkelijkheid kan tot gevolg hebben dat een vlieger een reactie aanleert die in een echt vliegtuig niet optimaal of zelfs onveilig is. Het bewegingssysteem van de SRS heeft een vertraging van 20 ms. Dat is onder de grens die mensen kunnen waarnemen. De perceptie van de aanzet tot een versnelling is in de SRS dus dezelfde als in een vliegtuig.

Belangrijk is ook de bandbreedte van de trillingen van het platform waarop de simulator-cockpit is bevestigd. In de huidige modellen is deze soms maar 4 Hertz. Bij de SRS is de bandbreedte 15 tot 17 Hz. Hierdoor kunnen vibraties, bijvoorbeeld als gevolg van de landing, getrouw worden weergegeven.

Om versnellingen en trillingen goed te kunnen simuleren, is het gewicht van de SRS aangepast. Het platform weegt niet meer dan 3500 kg, slechts eenvijfde van het gewicht van de huidige modellen. Dat werd mogelijk door het gebruik van lichtere materialen, een compactere bouwwijze en een lichter visueel systeem (het systeem dat de beelden projecteert die de vliegers zien van de 'buitenwereld'.)

Kleiner moment

Verder zorgt een verkleining van de afstand tussen het zwaartepunt van het SRS-platform en de zes hydraulische armen waarop het is bevestigd, voor een kleiner moment, waardoor de bewegingen van het platform sneller worden. Het zwaartepunt van het platform kon worden verlaagd dank zij de compacte constructie ervan: hierdoor is het niet langer noodzakelijk om het platform in zijn geheel boven de scharnieren te plaatsen waarmee de hydraulische armen zijn bevestigd.

Getrouwe simulatie staat of valt met een goed mathematisch model van het vliegtuig. Hieraan schort echter nog veel. Zo worden de vleugels in de huidige simulatoren voorgesteld als uniforme, starre oppervlakken. Het effect van het doorbuigen van de vleugels, toch al gauw enkele meters bij een Boeing 747, blijft buiten beschouwing. Dat geldt ook voor lokale veranderingen in de richting en snelheid van de luchtstroom als gevolg van turbulentie. Beide effecten hebben niet zoveel invloed op het gedrag van het vliegtuig, maar ze beïnvloeden wel de perceptie van de vliegers. Daarom, zo benadrukt Advani, moeten deze effecten realistisch gesimuleerd worden.

Om dit te doen wordt gebruik gemaakt van zogenaamde Computational Fluid Dynamics (CFD). De vleugel wordt hierbij opgedeeld in vele kleine oppervlakken. Voor ieder stukje vleugel worden de aerodynamische krachten berekend. Dat vereist veel rekenwerk, zodat krachtige computers nodig zijn. Een perfecte simulatie met behulp van CFD is nog niet mogelijk. Hiervoor zijn investeringen nodig, die geen enkele luchtvaartmaatschappij kan opbrengen. Maar met het goedkoper en sneller worden van computers zal de CFD-simulatie in betere vorm kunnen worden toegepast.

De ontwikkeling van de SRS heeft tot nu toe ongeveer twintig miljoen gulden gekost. Hiervan is vijf miljoen betaald door de Nederlandse overheid en ruim 12 miljoen door de TU Delft. Het uiteindelijke doel van alle investeringen is om van SIMONA een 'centre of excellence' voor simulatie te maken. SIMONA streeft ernaar Nederland een belangrijke plaats te geven in de wereld van vluchtsimulatie. “Deze strategie werpt nu al vruchten af”, zegt Sunjoo Advani. “De Amerikaanse Federal Aviation Administration heeft me gevraagd te helpen bij het opstellen van richtlijnen waaraan simulatoren in de toekomst moeten voldoen.” Daarbij gaat het in eerste instantie om simulatoren van toestellen voor tien tot zestig passagiers.

Wie de indruk heeft gekregen, dat de SRS het summum van simulatie is, heeft het mis. Volgend jaar hoopt Advani te promoveren op een ontwerp voor de generatie simulators, die na de SIMONA-simulator komt.