Nieuwe propeller maakt weg vrij voor stille, efficiënte elektrische luchtvaart

Elektrificatie van de luchtvaart wordt een belangrijke rol toebedeeld in de fossielvrije luchtvaart van morgen. Maar de elektrische luchtvaart kampt met een dilemma: hoe energie-efficiënter een elektrisch vliegtuig is, hoe lawaaieriger het wordt. Onderzoekers van de Zweedse Chalmers University of Technology hebben nu een methode ontwikkeld om het propellerontwerp te optimaliseren en zo de weg vrij te maken voor een stille en efficiënte elektrische luchtvaart.

In een persbericht verklaarde de instelling dat de afgelopen jaren is gesteld dat elektrificatie een belangrijke rol speelt bij de vermindering van de emissies van de toekomstige luchtvaart. Vanwege de uitdagingen die grotere afstanden met zich meebrengen, gaat de belangstelling vooral uit naar elektrische propellervliegtuigen die kortere afstanden afleggen. Aan elektromotoren gekoppelde propellers worden beschouwd als het meest efficiënte aandrijfsysteem voor regionale en binnenlandse vluchten.

Hoewel vliegtuigen elektrisch zijn, veroorzaken propellers echter een ander soort emissie: lawaai. Het lawaai van de propellerbladen zou niet alleen de vliegtuigpassagiers storen. Toekomstige elektrische vliegtuigen zullen op relatief lage hoogte moeten vliegen, waarbij de geluidsoverlast woongebieden en dierenlevens kan bereiken.

Voor een elektrische luchtvaart moet het hele ecosysteem mee

Waar energiecentrales en zware industrie steeds grotere stappen zetten in de transitie naar een CO₂-vrije sector, heeft de luchtvaart het moeilijk.

Het dilemma

Dit is waar de onderzoekgemeenschap voor een dilemma staat. De ambitie om elektrische vliegtuigen te ontwikkelen die zowel stil als energiezuinig zijn, wordt gedwarsboomd door een afruilprobleem.

“We zien dat hoe meer bladen een propeller heeft, hoe lager de geluidsemissies zijn. Maar met minder bladen wordt de voortstuwing efficiënter en kan het elektrische vliegtuig langer vliegen. In die zin is er een wisselwerking tussen energie-efficiëntie en geluid. Dit is een soort obstakel voor elektrische vliegtuigen die zowel stil als efficiënt zijn,” verklaart Hua-Dong Yao, universitair hoofddocent en onderzoeker in vloeistofdynamica en mariene technologie aan de Chalmers University of Technology.

Alles wat je moet weten over de Metaverse

“Het is een belichaamd internet waar je in zit in plaats van er alleen maar naar te kijken.” Zo definieerde Facebook-mastermind Mark Zuckerberg de metaverse.

Een geoptimaliseerd ontwerp voor stille en efficiënte propellers

Maar nu zijn Hua-Dong Yao en zijn onderzoekscollega’s misschien een stap dichter bij een oplossing. Zij zijn erin geslaagd het geluid te isoleren en te onderzoeken dat optreedt aan het uiteinde van de propellerbladen, of “tipwervelingen”, een bekende maar minder goed onderzochte geluidsbron.

Door dit geluid te isoleren, konden de onderzoekers de rol ervan volledig begrijpen in relatie tot andere geluidsbronnen die door propellerbladen worden gegenereerd. Door een reeks propellerparameters aan te passen, zoals spoedhoek, koordelengte en aantal bladen, vond het team een manier om het propellerontwerp te optimaliseren en het afwegingseffect tussen efficiëntie en geluid te egaliseren. De methode kan nu worden gebruikt bij het ontwerp van stillere propellers voor toekomstige elektrische vliegtuigen.

“Moderne vliegtuigpropellers hebben gewoonlijk twee tot vier bladen, maar wij hebben ontdekt dat je met zes bladen, ontworpen met behulp van ons optimalisatiekader, een propeller kunt ontwikkelen die zowel relatief efficiënt als stil is”, aldus Hua-Dong Yao. Ter illustratie: deze geluidsreductie is vergelijkbaar met die van iemand die van een normaal gesprek overgaat naar het geluid dat je in een stille kamer zou waarnemen.