Academisch vliegen; TU Delft ontwerpt nieuw type zespersoons vliegtuig

De Duitse fabriek Extra heeft samen met de TU Delft een nieuw type zespersoons vliegtuig gebouwd. Hij is sneller dan zijn concurrenten en kan op grotere hoogte vliegen.

HET KOMT NIET VAAK voor dat een universiteit een groot deel van het voorontwerp doet voor een vliegtuig. Prof. E. Torenbeek is de eerste om dat toe te geven. “Maar de Duitse fabriek Extra wilde iets nieuws”, zegt Torenbeek die bij de Faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft werkt. “De Duitsers wilden een zespersoons vliegtuig bouwen, dat een stuk sneller zou zijn dan concurrerende vliegtuigen, namelijk 450 km/h. Daarvoor is een drukcabine nodig, omdat je dan op grotere hoogte kan vliegen en dus veel minder last hebt van de luchtweerstand. Bovendien heb je hiervoor een zeer efficiënt aërodynamisch ontwerp nodig.”

De groep van Torenbeek maakte het voorontwerp van het vliegtuig, de Duitsers deden zelf het ontwerp van onder andere de ijsbestrijding, koeling, de besturing en de instrumenten. Torenbeek: “Wij vonden het aantrekkelijk om een innovatief ontwerp te maken. Het leverde wat geld op en veel studenten konden praktijkervaring opdoen door aan het ontwerp mee te werken.”

De wand van de romp bestaat uit twee platen kunststof, waar een kunststof kern in de vorm van een honingraat tussen zit. Deze kern geeft een goede isolatie van geluid en warmte. De wand is slechts 30 mm dik. Verder zijn de spanten geïntegreerd in de wand. Dat leidt tot een dunnere constructie dan bij aluminium het geval is. Bovendien is het met koolstofvezel versterkte kunststof makkelijker tot ideale aërodynamische vormen te manipuleren vergeleken met aluminium.

De huid van de vleugel is op dezelfde manier geconstrueerd als de wand van de romp. De vleugelneus is echter van Kevlar. Torenbeek: “We hebben voor Kevlar gekozen omdat het de klap van bijvoorbeeld een vogelaanvaring goed kan weerstaan.”

Dankzij de kunststof is de huid zeer glad. De lucht die over de vleugel stroomt blijft tot ongeveer de helft van de vleugelkoorde (de afstand tussen de voor- en de achterrand van de vleugel) laminair. Daarna wordt de lucht turbulent wat tot een hogere weerstand leidt. Iedere vliegtuigontwerper wil dit punt zover mogelijk naar de achterrand van de vleugel zien te krijgen. Dat gaat met kunststof makkelijker dan met aluminium. Bij de laatste zorgen de klinknagels voor kleine oneffenheden, die het ontstaan van turbulentie bevorderen. Daar staat volgens Torenbeek tegenover, dat de vleugel van de Extra 400 gevoeliger is voor vuil. “Als de huid niet goed schoon en dus glad is, wordt de laminaire stroming eerder verstoord.”

Lage luchtweerstand wordt verder bereikt door het oppervlak van de vleugel te beperken. Tijdens de landing is een snelheid vereist van ten hoogste 113 km/h. Dat is te laag voor de vleugel om zonder meer voldoende draagkracht te genereren. Daarom is de Extra 400 aan de achterrand van de vleugel uitgerust met zogeheten fowler-kleppen die de draagkracht verhogen. Deze kleppen schuiven naar achteren en draaien tegelijk naar beneden. Het vleugeloppervlak wordt daardoor groter en de vorm van de vleugel meer gewelfd. De meeste concurrenten van de Extra 400 hebben vleugelkleppen die alleen naar beneden draaien. Deze genereren minder extra draagkracht.

Het vleugelontwerp is vooral bepaald door berekeningen. “Wel hebben we het profiel getest in de windtunnel”, zegt Torenbeek. “Extra wilde echter geen uitgebreide windtunnelproeven nemen, omdat dit zeer kostbaar is. Vooral het maken van modellen loopt in de papieren. Met deze aanpak heeft Extra een risico genomen, want je weet nooit of de berekeningen de juiste voorspelling opleveren van het gedrag van de vleugel in de realiteit. Gelukkig blijkt de vleugel echter beter te presteren dan we berekend hebben.”

De adviezen van de TU Delft strekten zich ook uit tot de keuze van het soort zuigermotor. Extra dacht aanvankelijk aan een luchtgekoelde motor. “Dat is juist voor dit toestel echter geen goed idee”, zegt Torenbeek. De Extra 400 kan op maximaal 7.500 meter hoogte vliegen. Daar is de luchtdichtheid zo klein, dat het moeilijk is om voldoende lucht aan te zuigen, waarmee de warmte afgevoerd kan worden. Verder ontstaat er een probleem als het toestel snel moet dalen, bijvoorbeeld doordat er iets met de drukcabine is. Snel dalen betekent dat het motorvermogen bijna helemaal teruggebracht wordt. Een luchtgekoelde motor koelt dan zo snel af, dat er een thermische schok kan ontstaan. Door ongelijk krimpen ontstaan dan scheurtjes in het metaal.”

Torenbeek heeft zich ook beziggehouden met het onderstel van de Extra. Dit is zeer complex voor een toestel in de categorie zeszitters. De poten van het hoofdonderstel worden nauwkeurig opgevouwen om zo min mogelijk ruimte in te nemen in de romp. Eerst draait het wiel een kwartslag naar achteren. Vervolgens wordt de onderste stijl van de poot opgevouwen en daardoor ingekort. Pas dan wordt het geheel naar voren ingetrokken. De neuswielpoot is conventioneel.

Voor de Extra-fabriek zit het ontwikkelingswerk er nog niet op, zegt sales-manager Wolfgang Lucas. “De Extra 400 is in Duitsland voor een gedeelte gecertificeerd. Het toestel moet nog gecertificeerd worden voor het vliegen op instrumenten en in situaties waarin ijsvorming kan optreden. Ook is de drukcabine nog niet gecertificeerd. Uiteraard willen we het toestel niet alleen in Duitsland certificeren. De rest van Europa en vooral de Verenigde Staten zijn voor ons zeer belangrijk.”

De Extra 400 kost ongeveer 1,3 miljoen Duitse mark. Lucas: “Bij de verkoop richten we ons op zakenmensen die zelf naar hun afspraken vliegen en op mensen die voor hun plezier willen vliegen in een toestel met grote prestaties.” Voor die prestaties moet een fors bedrag worden neergeteld. De commerciële vooruitzichten acht Lucas desondanks goed. “Naast het prototype, dat vorig jaar al vloog, bouwen we dit jaar vijf toestellen. Voor de volgende jaren mikken we op een productie van dertig tot zestig toestellen per jaar. Vooral in de Verenigde Staten zijn vliegers zeer enthousiast over de Extra 400.”

De Duitse fabriek gaat een variant van de Extra 400 maken met een turbinemotor, waarschijnlijk weer in samenwerking met de TU Delft. Deze variant heeft grote voordelen ten opzichte van de versie met een zuigermotor. “Turbinemotoren zijn betrouwbaarder”, zegt Lucas. “Bovendien is er wereldwijd een betere service wat betreft onderdelen en onderhoud dan bij zuigermotoren het geval is. Tot slot zijn de prestaties beter. We kunnen de kruissnelheid opvoeren van 450 km/h tot zo'n 555 km/h. Daarom hangt aan deze variant een prijskaartje van zo'n 1,85 miljoen mark.”