De magie van aeroakoestiek: het geluid gecreëerd door stroming

By Aafke Eppinga

Marthijn Tuinstra houdt zich bezig met aeroakoestiek: het geluid dat ontstaat door luchtstroming. Zijn carrière draait om het minimaliseren van vliegtuiggeluid zonder concessies te doen aan prestaties. “Voor mij zit het ‘m in de extremen. Hoe stil kunnen we een vliegtuig maken, zonder in te leveren op performance? Dat is voor mij de uitdaging en misschien ook wel een beetje de magie van de luchtvaart.”

In 2007 begint Marthijn Tuinstra zijn carrière als junior R&D engineer bij het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR). Ruim 15 jaar later is hij Scientist Principal gespecialiseerd in aeroakoestiek. “Aeroakoestiek is de interactie die luchtstromen aangaan met een object. Vliegtuigen verplaatsen zich met een hoge snelheid door de lucht, dus logischerwijs is een groot deel van het geluid dat een vliegtuig produceert van aeroakoestische aard.”

De missie van Maria: van Additive Manufacturing een standaard productieroute maken

In de serie ‘De mensen van NLR’ laten we zien wie de experts zijn van het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum In deze vijfde aflevering: Maria Montero-Sistiaga, R&D engineer bij NLR.

Een gevoel van verwondering

“Voor mij heeft luchtvaart altijd al een gevoel van verwondering opgewekt. Dat we kunnen vliegen, is op zichzelf een geweldige prestatie. Het is een continue zoektocht naar balans tussen allerlei verschillende aspecten – sterkte, gewicht, aerodynamica, maar ook geluid. Bij allerlei machines is dit het geval, maar in de luchtvaart is die afweging extremer. Een vliegtuig moet bijvoorbeeld licht en efficiënt zijn, maar tegelijk ook nog sterk. Deze sterke contrasten en daaruit volgende technische uitdagingen fascineren mij erg.”

De missie van Maria: van Additive Manufacturing een standaard productieroute maken

Voor elke toepassing – nieuw of bestaand – in de luchtvaart geldt: het moet lichter, kostenefficiënter en minder belastend voor het klimaat.

Onderzoek in Japan

Na het voltooien van zijn studie Luchtvaart- en Ruimtevaartechniek aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft) vertrekt hij naar Japan, om een jaar onderzoek te doen bij de Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). “Ik wilde graag zien hoe ik me zou redden aan de andere kant van de wereld in een compleet andere cultuur. Het was echt een eyeopener, het heeft me geleerd dat er verschillende manieren zijn om de maatschappij in te richten. Neem het sociale vangnet: dat wordt in Japan minder door de overheid gefaciliteerd dan in Nederland. Wij kijken snel naar de overheid, daar wordt veel meer naar bedrijven en familie gekeken. En dat werkt óók.” Hij maakte daar kennis met het vakgebied aeroakoestiek, én ontmoette er zijn huidige partner.  

NORAH: Europese aanpak om geluidsbelasting van helikopters te modelleren

Binnen de groep Aeroakoestiek waarin Marthijn werkt, staat er een afweging in het bijzonder centraal: het vliegtuiggeluid verminderen, zonder dat het de vliegprestaties significant beïnvloedt. Zijn onderzoek is een combinatie van experimentele aeroakoestiek, experimentele aerodynamica en vliegtuiggeluidmodellering.

Een sprekend voorbeeld van het laatste, is het NORAH-model dat geluidsbelasting van helikopters kan berekenen. Tot voor kort werd de geluidsimpact van helikopters met een model voor vastvleugelige vliegtuigen berekend. De Europese Commissie (EC) heeft in 2015 een aanbesteding uitgeschreven voor de ontwikkeling van een methodiek voor helikoptergeluid. Een door NLR geleid consortium, met Anotec Engineering en SINTEF, wist de opdracht binnen te slepen. Binnen vijf jaar tuigden ze een prototype geluidsvoorspellingstool voor helikopters op.

“Wat helikopters onderscheidt van een vliegtuig, is dat de geluidsemissie sterk afhankelijk is van de vliegconditie en de vliegrichting. Waar je je ten opzichte van de heli bevindt, is dus medebepalend voor de hinderervaring. Dat aspect werd in de standaardmethodes niet meegenomen. Dat moesten we wel in dit model zien te krijgen.”

Dat is gelukt door de helikoptergeluidsemissie in zogenoemde geluidshemisferen (een soort halve bollen) uit te drukken. Op deze manier kon het consortium het niveau van het brongeluid vanuit alle uitstralinsghoeken registreren.Om een database met geluidshemisferen te vullen met brondata zijn geluidsmeetcampagnes uitgevoerd voor elf verschillende helikoptertypes. Om gelijktijdig vanuit verschillende emissiehoeken (daar waar het geluid vandaan komt) te kunnen meten, gebruikte het consortium een vierhonderd meter lange rij van microfoons op de grond. Binnen Nederland wordt het NORAH al gebruikt, maar het uiteindelijk doel is tot een gestandaardiseerd model voor alle Europese lidstaten te komen.

Hij is er trots op, dat een model dat zijn groep hielp ontwikkelen straks waarschijnlijk in heel Europa gebruikt gaat worden. “Om vanuit een idee tot een doorontwikkeld te model te komen, en daarmee echt maatschappelijke impact te kunnen realiseren, dat geeft erg veel voldoening.”

Balans tussen wetenschappelijk en industrieel toegepast onderzoek

Die balans tussen de industrie, die meer gebaat is bij uit de praktijk volgende onderzoeksvragen en aan de andere kant vernieuwend, meer fundamenteel onderzoek is lastig, vindt Marthijn. “Bij NLR ligt de focus op toegepast onderzoek, maar om innovatie te bewerkstelligen is het soms ook nodig op een meer fundamenteel niveau onderzoek uit te voeren. Dit soort onderzoek vindt veelal plaats bij de technische universiteiten, waar vaak jonge wetenschappers de werking van compleet nieuwe ideeën conceptueel uitdenken en toetsen.”

Een brug slaan tussen technologie en tactiek bij Defensie

Carlina Grispen groeit op onder de rook van de militaire vliegbasis Volkel. Dat ze al op vierjarige leeftijd geïnteresseerd is in F16’s, is geen toeval. Haar opa neemt haar geregeld mee naar de vliegbasis.

Zo heeft de principal scientist in samenwerking met TU Delft een stromingsmeettechniek ontwikkeld die werkt op basis van kleine zeepbelletjes gevuld met een beetje helium. De belletjes hebben precies hetzelfde gewicht als de lucht en kunnen de luchtstromen dus nauwkeurig volgen. En dat levert niet alleen magische beelden op door ze met lasers te belichten; met deze zeepbellen kunnen nu op grote schaal stromingsmetingen worden uitgevoerd rondom windtunnelmodellen. “Zonder deze samenwerking, waarbij promovendi vier jaar lang hun volledige aandacht en creativiteit op de ontwikkeling van deze techniek hebben kunnen richten, hadden we deze meetmethodiek vandaag niet aan onze klanten kunnen aanbieden. Zorgen dat deze twee werelden van wetenschappelijk en industrieel toegepast onderzoek samenkomen, is mijns inziens precies de brugfunctie die NLR hoort in te nemen.”

Het is typerend voor het gesprek, voor je het weet is Marthijn aanbeland bij weer een nieuw aspect dat hij zo leuk vindt aan zijn werk. Daarin zit telkens een rode draad: het maken van afwegingen. “Voor mij zit het ‘m niet in het zien vliegen van een gaaf vliegtuig. Voor mij zit het ‘m in de extremen. Hoe stil kunnen we een vliegtuig maken, zonder in te leveren op performance? Dat is voor mij de uitdaging en misschien ook wel een beetje de magie van de luchtvaart.”