Verraderlijke vortex

Onderzoek naar wervelingen van dalende passagierstoestellen moet de capaciteit van lucht-havens én de vliegveiligheid verhogen.

Vliegtuigen laten, net als boten, een zog na. En net zoals het kolkende kielwater van grote vrachtschepen gevaarlijk is voor andere vaartuigjes, zo vormt ook het zog van grote vliegtuigen een risico voor achterop komende toestellen. De ontwikkeling van zo'n zog hangt onder andere af van de weersomstandigheden, maar hoe die wervelingen zich nu exáct gedragen, dat is goeddeels onbekend. Voor dalende verkeersvliegtuigen geldt daarom in dubio abstine: ze houden grote afstand tot elkaar. Maar economisch gezien is dat niet de slimste aanpak. De snelheid waarmee vliegtuigen binnenkomen is voor luchthavens namelijk een logistieke beperkende factor.

Het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, NLR, probeert met veertien Europese partners het driejarige Europese onderzoeksprogram S-Wake de gedragingen van de wervelingen te kwantificeren. Het einddoel van het S-Wake – wake is Engels voor `kielzog', de `S' staat voor safety, veiligheid – is het opstellen van een `matrix' waarin de veilige afstand tussen verschillende vliegtuigen onder bepaalde weersomstandigheden is af te lezen. In 2003 loopt het program af. Vliegtuigen moeten dan op kortere afstand van elkaar landen, waardoor de capaciteit van vliegvelden toeneemt. ``En als het even kan,' zegt Anton de Bruin, project-coördinator van S-Wake, ``kunnen we dankzij grotere kennis van de wervelingen de vliegveiligheid nog vergroten ook.'

Wervels zijn twee langzaam in sterkte minderende, horizontale, contraroterende draaikolken. In luchtvaartjargon wordt van één vortex, twee vortices gesproken. Ze kunnen lang blijven hangen, maar ook, meegevoerd door een zijwind, elders op het vliegveld een gevaar vormen. De kracht van de wervelingen neemt toe met het gewicht van het vliegtuig, maar neemt juist weer af met de spanwijdte. Een zweefvliegtuig veroorzaakt dus de minste wervelingen, een Boeing 747 Jumbo de sterkste.

De minimaal voorgeschreven afstanden hebben de meeste ongelukken kunnen voorkomen. Maar, aldus De Bruin, ``incidenten komen voor.' Onder andere bij de introductie van de Boeing 747 eind jaren zestig, op dat moment het grootste passagiersvliegtuig ter wereld, belandden dalende sportvliegtuigjes nog weleens naast de baan.

nieuwe airbus

Behalve om economische redenen, is S-Wake ook gestart met het oog op de introductie van de nieuwe Airbus A3XX. Dit toestel, waarvan in 2006 een eerste exemplaar gereed komt, moet het grootste passagiersvliegtuig ter wereld worden. De Bruin: ``De A3XX is zó zwaar dat er niet eens een klasse voor bestaat. We willen kijken of de A3XX wat betreft wervels binnen dezelfde klasse als de 747 past.'

De huidige criteria voor het vaststellen van de minimale afstanden tussen landende vliegtuigen zijn gebaseerd op de slechtst denkbare situatie. Wordt een risico vermoed, dan moeten vliegtuigen vele kilometers afstand houden. Voor de minimale `separatie' bestaat een simpele tabel. Een forse Boeing 747 Jumbo maakt zoveel `zog' dat een ándere 747 op zijn minst zes kilometer afstand moet houden. Voor een kleiner toestel, zoals een simpele Airbus A320 geldt een standaard separatie van zo'n negen kilometer, en bij een relatief klein toestel, zoals een Fokker 50, moet er minimaal elf kilometer tussen zitten. In theorie kan een Boeing 747 een paar meter achter een Fokker 50 landen, maar dat geeft óp de baan weer veiligheidsrisico's: als de Fokker om wat voor redenen dan ook op de rem moet staan, of door zijn landingsgestel gaat, dan heeft de piloot van de achterop komende Jumbo geen reactietijd meer.

Het koppelen van vortices aan een risico-factor is niet eenvoudig. De Bruin: ``Een krachtig paar wervels is in beginsel gevaarlijker dan zwakkere. Maar krachtige wervels zakken sneller weg waardoor de kans afneemt dat een volgend vliegtuig ermee in aanraking komt.' Een belangrijk probleem is ook de houdbaarheid van de voorspellingen. Het oplijnen van de vliegtuigen voor de landing, het zogeheten `vectoren', gebeurt vaak al twintig minuten van tevoren. In de tussentijd kunnen de vortices zich door de wisselende weersomstandigheden aan iedere voorspelling hebben onttrokken. Het NLR, waarvan zeven onderafdelingen zich met S-Wake bezig houden, probeert daarom wake vortex behavior-klassen op te stellen. Deze klassen beschrijven het wervelgedrag binnen bepaalde, goed voorspelbare meteorologische parameters.

Begin volgend jaar zal het NLR-laboratoriumvliegtuig, een tweemotorige Cessna Citation omgebouwde zakenjet, de opgestelde modellen in de praktijk gaan toetsen. Het is de bedoeling dat een `staak met vaantjes', gemonteerd in de neus van de Citation, het zog van een onderzoekstoestel van het Duitse zuster-instituut DLR, een VFW-614, gaat meten. Ook de ingrepen van de piloot worden daarbij geanalyseerd. De gegevens dienen als basis voor modellen die op hun beurt bij vluchtsimulaties kunnen worden gebruikt.

80.000 landingen

Volgend jaar moeten ook alle vliegbewegingen van de toestellen van British Airways op het vliegveld Heathrow bij de Britse hoofdstad Londen worden geanalyseerd. Het gaat om 80.000 landingen. De vluchtrecorders registreren alle gegevens over snelheid, landingshoek en koerscorrecties. De Bruin: ,,We gaan kijken of er bewegingen zijn te vinden die niét zijn terug te voeren op de handelingen van de piloot. Deze moéten zijn toe te schrijven aan wervels.' Het onderdeel van S-Wake beoordeelt tevens de gedragingen van de vliegtuigen die landen vóór de dalende toestellen van British Airways.

Het NLR heeft intussen een eerste `probalistisch' model opgesteld voor het voorspellen van veiligheidsrisico's door vliegtuigwervels. Op basis van dit model heeft het NLR onderzoek gedaan naar de veiligheid van van een door de Duitse luchtverkeersleiding ontwikkelde aanvliegprocedure van het vliegveld van Frankfurt. Daarbij landen twee vliegtuigen tegelijk op landingsbanen die op 500 meter van elkaar zijn verwijderd. Doordat wervels praktisch nooit hoger `waaien' dan 70 meter van de hoogte waar ze ontstonden, is te berekenen waar een vliegtuig moet landen op de baan die parallel loopt met de baan waar het wervel-ontwikkelende toestel landt.

Inmiddels heeft de Amerikaanse luchtvaartorganisatie NASA afgelopen zomer op het vliegveld van Dallas proeven gedaan met een eigen zogenoemd spacing-systeem dat naukeuriger separatie tussen vliegtuigen mogelijk moet maken. Dit systeem, AVOSS geheten – van: Aircratft VOrtex Spacing System – maakte, aldus NASA, een reductie van de wachttijd tussen twee opeenvolgende toestellen mogelijk van minimaal zes procent. De NASA deelt opgedane ervaringen met het NLR.

    • Menno Steketee