Luchtcowboys

Er is geen vuiltje aan de lucht wanneer TU-piloten ir. Hans Mulder en dr.ir. Alexander in ’t Veld op een ochtend in oktober 2013 hun landingsmanoeuvre inzetten. In de verte doemen de contouren op van militair vliegveld Woensdrecht.

Het toestel zakt gestaag en herkent al snel de signalen die de bakens van het vliegveld uitzenden. Aan de hand van deze radiosignalen, het zogenaamde Instrument Landing System (ILS), moet de autopiloot het vliegtuig langs een veilig glijpad aan de grond zetten.

Maar het loopt anders. Op nog geen honderd meter hoogte slaat de autopiloot op tilt en schiet de neus van het toestel omhoog. Het primary flight display, het belangrijkste schermpje waar piloten op kijken tijdens de landing, biedt geen houvast meer. Deze console geeft aan hoe goed het vliegtuig op koers ligt. De middenlijn, die de juiste verticale koers aangeeft, verdwijnt compleet van het scherm.

Mulder schakelt de autopilot uit, laat het vliegtuig naar beneden duiken en geeft extra gas. Er ontstaat weer lift. De piloten maken een grote bocht en landen even later probleemloos. Erg geschrokken van het incident zijn ze niet. Ze waren gewaarschuwd. Sterker nog, ze voerden deze luchtcapriool expres uit in opdracht van de Onderzoeksraad voor Veiligheid. Ze bootsten de landing na van een Boeing 737 van Ryanair (vlucht FR3531) die op 31 mei 2013 van Palma de Mallorca naar Eindhoven vloog. Het vliegtuig vloog net iets te hoog toen de autopiloot contact maakte met het ILS-systeem. Daardoor raakte het een false glide slope; een glijpad dat te steil loopt. Op het moment dat de autopiloot zich hieraan koppelt, raakt het totaal van slag. Mulder: “De piloten en passagiers moeten zich een ongeluk geschrokken zijn.”

Waarschuwing
Mulder en In ’t Veld ontdekten de fout in het ILS-systeem. Dankzij hun werk en dat van de Onderzoeksraad voor Veiligheid werd enkele maanden later een wereldwijde waarschuwing uitgezonden naar vliegmaatschappijen.

In een hangar op Schiphol toont Mulder de Cessna Citation waarmee hij, In ‘t Veld en vier andere collega’s, tal van experimenten uitvoeren die het luchtruim veiliger moeten maken. De zes vormen een pilotenpool die zowel voor de TU als voor het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) vliegt. Het NLR is mede-eigenaar van het toestel.

Mulder, die ook vliegles geeft in twee- en vierpersoons vliegtuigjes, doet dit werk als ingenieurvliegenier nu zeven jaar. In ‘t Veld doet het al tien jaar. Hij is daarnaast aerobatics-vlieger. Gedurende deze jaren hebben de twee mannen diverse vluchten uitgevoerd die nauwelijks onderdoen voor het kunstvliegen dat In ‘t Veld in zijn vrije tijd doet. Zo koos het tweetal in 2011 het luchtruim terwijl dat voor het vliegverkeer gesloten was in verband met de aswolken van de IJslandse vulkaan Eyjafjallajökull (zie kader ‘Door de aswolk’)

Het jaar erna vlogen ze als allereersten met een alternatieve brandstof, dat voor 95 procent uit synthetische kerosine bestaat om de veiligheid van dit mengsel te testen. En ze doen geregeld vluchten waarbij ze gewichtloosheid nabootsen, de zogenaamde paraboolvluchten. Van grote hoogte duiken ze naar beneden. Achter hen aan boord zitten dan wetenschappers die experimenten uitvoeren die gewichtloosheid vereisen, zoals tests met opstellingen die later in de ruimtevaart gebruikt worden.

“Is ons onderzoek gevaarlijk? Nee”, zegt Mulder. “We maken met ons hele team een complete safety analysis voordat we een speciale vlucht maken. We stippelen alles uit en bedenken wat er mis zou kunnen gaan.”

“Het vliegtuig is ook niet te vergelijken met andere toestellen”, vervolgt Mulder terwijl hij naar het gevaarte wijst. “Overal zitten sensoren, bij het rolroer, de trimvlakjes… De hele configuratie van het vliegtuig is bij ons bekend tijdens de vlucht. Als we een bocht maken, weten we exact met hoeveel graden per seconde we rollen. Dat soort dingen weten piloten normaal niet. Zij zorgen er gewoon voor dat een bocht fijn aanvoelt voor de passagiers.”

Vliegmodel
Volgend jaar wordt het onderzoek van de piloten nog iets spannender. Het toestel is namelijk onlangs uitgerust met fly by wire. Dat betekent dat je een computer aan boord van het vliegtuig kunt meenemen en die de besturing kunt laten overnemen. Experimenten die tot nu toe alleen in vliegsimulators konden, kunnen daardoor nu ook in de lucht.

De Bijlmerramp uit 1992 is een goed voorbeeld. Het El Al-toestel dat crashte, had kort tevoren twee motoren verloren. In de vliegsimulator Simona van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek hebben de onderzoekers de vlucht nagebootst en zijn ze erin geslaagd veilig te landen. Straks gaan ze hetzelfde doen met de Cessna. “Natuurlijk breken er in het echt geen motoren af”, zegt In ’t Veld. “Maar de software die het toestel aanstuurt, denkt van wel. Achter ons zit een medewerker die dat programmeert.”

“We gaan onder meer onderzoeken of we het besturingssysteem van het toestel kunnen laten inspelen op de nieuwe situatie, zodanig dat het toestel met zijn manco toch nog veilig kan landen”, vult Mulder aan. “Stel dat een richtingsroer het niet doet, dan kun je toch nog sturen door met de ene motor meer gas te geven dan met de andere. De software moet zich dus voegen naar een nieuw soort vliegmodel.”

Bijkomend probleem is dat je in zulke situaties niet weet wat de limieten zijn van de nieuwe toestelconfiguratie. Wat is bijvoorbeeld de maximale rolhoek die je kunt maken met zo’n gehavend toestel? Mulder: “Het voorspellen van het vlieggedrag – enveloppe prediction in jargon – is serious business.”

Ook Air France-vlucht AF447 die op 1 juni 2009 in de Atlantische Oceaan voor de kust van Brazilië eindigde, staat op de rol. De snelheidsmeter van het vliegtuig was stuk. Zonder het te weten vlogen de piloten te langzaam en raakten in overtrek. Van tien kilometer hoogte vielen ze pardoes in zee.

Een ander deel van het vliegersonderzoek spitst zich toe op de informatievoorziening aan piloten. Bij bovengenoemde rampen gebeurde er telkens iets met het toestel waar de piloten geen weet van hadden. Er zitten tal van sensoren in een vliegtuig, mankementen worden door het toestel dus wel opgemerkt. Maar de informatie komt niet bij de piloten terecht.

In ’t Veld: “Dat is hoe het nu gaat. Het vliegtuig neemt alles over van de piloot. Totdat er iets goed misgaat. Dan zegt het toestel, oké, regel jij het nu maar verder. Maar in die situaties weet een piloot vaak echt niet wat hij moet doen. We moeten ervoor zorgen dat piloten veel meer informatie tot zich krijgen. Niet zozeer over wat er precies mis is, maar hoe het probleem op te lossen is.”

​Door de aswolk

Vlak na de uitbarsting van de IJslandse vulkaan Eyjafjallajökull in 2012 kozen Mulder en In ’t Veld het luchtruim. Als enigen. Vliegen door de aswolken was verboden. “We hebben speciale toestemming gekregen van de minister”, zegt Mulder. “En we hebben even met de verzekering moeten babbelen.”

Doel van de exercitie was om uit te zoeken wat het effect is van asdeeltjes op de motoren en om modellen over de verspreiding van de aswolk te valideren. Het toestel kreeg van het KNMI een speciaal snuffelpijpje mee dat deeltjes telt.

As is vlijmscherp. Het kan de motor zandstralen en ernstig beschadigen. Als het heet wordt in de motor smelt het en als het vervolgens weer afkoelt, vormt het een soort glas op de turbinebladen.

De Delftenaren voerden meerdere vluchten uit. Bij elke vlucht gingen ze weer iets dieper de aswolk in. Tussendoor werden de motoren met een boroscoop geïnspecteerd, een soort endoscoop voor motoren. Het viel uiteindelijk mee. De concentraties waren niet zo hoog dat er schade aan de motoren ontstond.

“In de verte zie je die roze-bruine gloed van de as”, zegt Mulder. “In die wolk begeef je je steeds dieper. We waren de enige gekke henkies die het luchtruim kozen. Dat zette mij op dat moment wel te denken.”