Damiano Casalino
Geluidsreductie: stille kracht achter vergroening
Je verwacht het misschien niet, maar aeroakoestiek vormt een stille kracht achter vergroening, weet Damiano Casalino, hoogleraar Aeroacoustics bij de TU Delft. “Aeroakoestiek is cruciaal bij de ontwikkeling van de nieuwste generatie duurzame vliegtuigen en windmolens.”
Duurzaamheid is een belangrijke leidraad in het werk van Casalino: “Excessief gebruik van fossiele brandstoffen heeft tot dramatische veranderingen in de koolstofcyclus geleid. Door het gebruik van conventionele energiebronnen is de wereldwijde economische groei niet duurzaam meer; de manier waarop we energie opwekken, opslaan en gebruiken moet dan ook drastisch veranderen. Als we onze planeet op een goede manier willen doorgeven aan de volgende generaties, zullen we snel moeten reageren.”
Voor verduurzaming van de luchtvaart moeten we de groeiende vraag naar vluchten compenseren met een lager brandstofverbruik en minder lawaai. “De huidige technologie heeft bijna haar grenzen bereikt. De verwachte groei in de luchtvaart kan alleen duurzaam worden door baanbrekende innovaties, zoals nieuwe vliegtuigontwerpen met akoestisch afgeschermde motoren en elektrische voortstuwing.
Nog een uitdaging: de opkomst van stedelijke luchtmobiliteit en drones voor pakketbezorging en andersoortige diensten. Drones en toekomstige persoonlijke luchttransportmiddelen zijn, net als helikopters, verticaal opstijgende en landende systemen. Ze stijgen op met behulp van rotorbladen. Het bijbehorende lawaai is direct gerelateerd aan de benodigde hoeveelheid opwaartse stuwing en is helaas niet te voorkomen. “Het lawaai van dit type voertuigen vormt één van de beperkende factoren voor gebruik in stedelijke gebieden. Er moeten nieuwe concepten komen om het geluid aan de bron te verminderen en de absorptie van geluidweerkaatsing en vervuiling van gebouwgevels te verbeteren. Pas dan is er ruim baan voor de zogenoemde ‘Derde Lucht- en Ruimtevaart Revolutie’ in de vorm van elektrische stedelijke luchtmobiliteit.
Geluidsreductie is fundamenteel voor duurzame lucht-mobiliteit in stedelijke gebieden.
Damiano Casalino
Schone en stille luchttaxi’s
Vliegende taxi’s zijn nu nog een utopie, maar eerder realiteit dan we denken. De grote spelers in de lucht- en ruimtevaartindustrie en nieuwe, opkomende bedrijven zijn druk met het ontwikkelen van elektrisch aangedreven luchttaxi’s, die ergens in de komende tien jaar op de markt zullen komen.” Uber, specialist in gedeeld taxigebruik, bekijkt momenteel de economische, operationele en milieu-impact van een grond/lucht geïntegreerde taxidienst. In hun opzet combineren ze auto’s met kleine elektrische luchttransportmiddelen die opstijgen van een gebouw om, ongehinderd door files, in een ander deel van een grootstedelijk gebied weer te landen. Diverse lucht- en ruimtevaartontwikkelorganisaties en luchtverkeerregulerende agentschappen werken al hard aan de benodigde technologie en wetgeving.”
Elektrisch vliegen boven bevolkte gebieden heeft alleen kans van slagen als het geluidsniveau voor de omwonenden acceptabel is. Maar geluidsimulaties van Casalino’s team hebben uitgewezen dat tot op heden te weinig aandacht is geschonken aan het ontwerpen van stille voertuigen.” Bij sommige van de meest geavanceerde multi-rotor concepten worden de opgewekte luchtwervelingen van de voorste propellers ‘ingeslikt’ door de achterste propellers, wat een uiterst hoog geluidsbeeld oplevert. Door in de vroege ontwerpfase numerieke simulaties uit te voeren, kunnen sneller kansrijke ontwerpen worden geselecteerd. En daardoor kunnen de kosten voor het maken van prototypes en het uitvoeren van testvluchten worden verlaagd.”
Windenergie
Om de wereldwijde groei en de opkomst van stedelijke lucht-mobiliteit vol te kunnen houden, moeten er meer groene energiebronnen worden gebruikt. “Windenergie is een van die bronnen. Maar de milieu-impact van windenergieparken moet uitermate grondig worden onderzocht: we moeten niet alleen afwegen hoeveel energie er nodig is om dergelijke grote infrastructuren te bouwen en te exploiteren, maar ook het geluid van de roterende bladen verminderen om in de toenemende vraag te kunnen voorzien.”
Geluid van windturbines raakt niet alleen de omwonenden, maar ook diverse diersoorten, zoals de zeezoogdieren in de nabijheid van windparken op zee. Daarom is onderzoek nodig om uit zoeken hoe het geluid dat het uiteinde van een rotorblad veroorzaakt, kan worden gematigd. “Een van de onderzoeksgebieden van mijn team betreft de ontwikkeling van geluid reducerende concepten waarbij driehoekige kartelingen in het blad worden gecombineerd met poreuze materialen. Dit doen we in samenwerking met diverse industriële partners.”
Het belang van onderwijs
Vergroening is, conform de tweede wet van de thermodynamica, per definitie verbonden met energie-efficiency. Ingenieurs worden van meet af aan onderwezen in het ontwerpen van groene systemen, omdat de productie, operationele en onderhoudskosten lager worden bij toenemende energie-efficiency. “Geluidsvervuiling hangt niet alleen samen met kosten, maar ook met gezondheid en maatschappelijke acceptatie. Daarom kwam aeroakoestiek in het verleden niet of nauwelijks in lesprogramma van een ingenieur voor. Tegenwoordig zit aeroakoestiek juist in de lift door de hogere waardering van het begrip stilte. Diverse lucht- en ruimtevaart faculteiten, waaronder de TU-Delft, hebben het onderwerp aeroakoestiek geïntegreerd in een aantal master-studies.”
Casalino gelooft stellig dat een solide theoretische achtergrond in aeroakoestiek ingenieurs helpt om geluid intensieve oplossingen in hun gewone werk uit te sluiten. Maar ook om kritisch de data uit fysieke en numerieke experimenten te verwerken. “Ik moedig mijn studenten altijd aan om met een kritische blik te kijken naar hun numerieke en experimentele resultaten. Slechte simulaties kunnen overeenkomen met slechte metingen. Zonder een kritische houding kunnen dit soort situaties niet worden voorkomen en leiden tot verkeerde conclusies.”
