Soepel als een vogeltje in de lucht

William Thielicke, kampioen drone vliegen, promoveerde op vogelvleugelaërodynamica. Hij wil een drone bouwen die kan schakelen van ‘efficiënt en snel’ naar ‘langzaam en wendbaar’.

foto William Thielicke

William Thielicke (1980) is gek op vliegen. „Op mijn twaalfde raakte ik verslingerd aan radiografisch bestuurbare vliegtuigjes”, zegt hij aan de telefoon vanuit zijn Duitse woonplaats Bremen.

En die gekte is nooit verdwenen. Afgelopen week promoveerde de kampioen dronevliegen en bioloog aan de Rijksuniversiteit Groningen op de werking van vogelvleugels. „Later schoof ik door naar zelfbouw-multicopters, met een boordcamera gelinkt aan een videobril. Je ziet dan wat de boordcamera ziet, dus is het net alsof je zelf vliegt. Heel cool.”

Thielicke won allerlei vaardigheidskampioenschappen voor dronebestuurders. „Een van de leukste is een Nederlandse, IMAV in ’t Harde: een parcours afleggen, in een woonhuis de weg vinden, en ook voorwerpen ophalen. Na een van die wedstrijden kwam iemand van de Nederlandse politie naar me toe: of ik mijn zelfbouwdrone niet voor hen kon produceren. Maar goed, daar heb ik eigenlijk geen tijd voor.”

Want inmiddels heeft Thielicke twee kinderen, en werkt hij bij speelgoedfabrikant TobyRich, die speelgoeddrones verkoopt. En de afgelopen zes jaar stak hij veel tijd in zijn promotieonderzoek. „Er is al veel onderzoek gedaan aan vleugels tijdens vogelvlucht, maar daarbij gaat het meestal om vliegen op kruissnelheid, over lange afstanden. Dat is heel energie-efficiënt, maar ook wel zo’n beetje uitgezocht.

„Wat mij interesseert is hoe vogels langzaam kunnen vliegen. Vliegtuigen kunnen dat niet, bij te lage snelheden gaan de vleugels ‘overtrekken’. De luchtstroming komt dan los van de vleugel, en die verliest zijn draagkracht. Dat is een groot gevaar. Vogels hebben daar geen last van. Ze zijn ook veel wendbaarder. Helikopters en multicopters zijn ook wendbaar, maar die zijn juist niet zo snel en weinig efficiënt.”

Thielicke vermoedde dat vogels omschakelen tussen efficiënt en wendbaar vliegen door turbulente wervelingen aan de voorrand van de vleugel te gebruiken, zogeheten ‘voorrandwervelingen.’ Thielicke: „Die wervelingen hebben een zuigende werking naar boven, en geven extra draagkracht. Toen ik begon met mijn onderzoek, was al bekend dat insecten ze gebruiken. Daarna werden ze ook ontdekt bij vogels.”

Thielicke bouwde zelf een modelvleugel gebaseerd op een duivenvleugel, die inderdaad voorrandwervelingen kon opwekken. In plaats van in een windtunnel testte Thielicke zijn vleugel in een watertank. „Als je de flapbewegingen met een factor vijftien vertraagt, krijg je precies dezelfde stromingen als in lucht.”

Thielicke: „De software voor de analyse van de beelden heb ik zelf geschreven. De commerciële software was te duur. Ook de elektromotor heb ik trouwens in een kelder van de universiteit opgedoken.”

Zijn vermoeden bleek te kloppen: voorrandwervels zijn goed te beïnvloeden met de dikte, kromming en ‘twist’ van de vleugel, oftewel de variatie van de vleugelhoek met de lengte. Zaken waar echte vogels inderdaad controle over uitoefenen.

Er zijn al verschillende klapwiekende drones gebouwd, maar voorrandwervelingen gebruiken die niet. Thielicke: „Ik heb nu alleen een losse vleugel, maar met mijn resultaten kan je een drone bouwen die kan schakelen van ‘efficiënt en snel’ naar ‘langzaam en wendbaar’. Maar dat gaat ook weer jaren kosten.”