Categorie archief: Uitvinders

FOKKER F27 FRIENDSHIP IS HET MEEST SUCCESVOLLE TURBOPROPTOESTEL ALLER TIJDEN

80_87_INGR22_23_Fokker

De Fokker F27 Friendship won de strijd om het beste Nederlandse ontwerp. Het vliegtuig is mooi, maar dat was niet het uitgangspunt van de mensen die de Friendship ontwierpen. De doordachte aerodynamica, een moderne motor en een gelijmde constructie waren bepalend voor het meest succesvolle turboproptoestel aller tijden.

F-27 verkleind

Lezers van NRC Handelsblad kozen in 2006 de Fokker F27 Friendship tot het beste Nederlandse ontwerp ooit. Em.prof. Jaap Blom wil graag weten wat de considerans is geweest van de jury die het vliegtuig heeft gekozen. Een logische vraag van een ingenieur, die immers primair is geïnteresseerd in hoe anderen het technisch vernuft waarderen dat zich in een ontwerp openbaart. Blom is verantwoordelijk voor het aerodynamisch ontwerp van de F27, zeg maar de buitenkant. We moeten hem teleurstellen. De Fokker Friendship, die zijn eerste vlucht maakte in 1955, is gekozen tot het mooiste blikvangende ding dat de Nederlandse industrie heeft voortgebracht. Bij die verkiezing, die NRC Handelsblad samen met de Premsela Stichting voor Vormgeving organiseerde, ging het vooral om design, om esthetiek. Er is geen considerans. Vraag een groep krantenlezers via het internet wat een mooi Nederlands ontwerp is en de Deltawerken hebben het nakijken, evenals het Dafje, de Philishave, de kantoormeubels van Gispen, het Nederlandse 50 guldenbiljet van Ootje Oxenaar, het NS-logo, de ANWB-paddestoel en het koffiezetapparaat Senseo.

MOOI

De Fokker F27 Friendship is ook mooi. Zet hem naast een ander vliegtuig uit de jaren vijftig en wat direct opvalt, is zijn strakke lijnenspel: de ranke vleugel, de sierlijke, slanke motorgondels en het moderne strakke staartvlak. Maar mooi was niet het oogmerk van de mensen die de Fokker Friendship ontwierpen. Die mensen wisten dat ze één kans zouden krijgen om een volwaardig verkeersvliegtuig te ontwikkelen. En ze wisten dat ze dat moesten doen met weinig geld, mensen, middelen en ervaring. Ze waren zich ervan bewust dat hun grootste kans lag in het ontwikkelen van een opvolger van de Douglas C-47 Dakota, civiel bekend als DC-3. De Dakota was in de jaren vijftig het werkpaard van de luchtvaart, maar had zijn beste tijd gehad. Talrijke vliegtuigbouwers die meer ervaring hadden en beter uitgerust waren, aasden op deze markt.

Fokker, dat in de Tweede Wereldoorlog grotendeels was ontmanteld, had sinds 1945 wel wat toestellen ontwikkeld, militaire lesvliegtuigen, maar dat was geen daverend succes. De Friendship was voor Fokker de technologische vlucht voorwaarts. Het vliegtuig moest niet alleen veel sneller, lichter, sterker, comfortabeler, duurzamer en goedkoper in exploitatie zijn dan de DC-3, maar ook dan zijn eigentijdse concurrenten. Dat was, zonder de kennis en ervaring op dit terrein, een stoutmoedig en vermetel plan.

Zo op het eerste gezicht nam Fokker enorme technische risico’s. De Friendship kreeg een gasturbine die een propeller aandrijft, de zogenoemde turboprop, als motor, terwijl dat type motor net bestond en vrijwel iedereen zwoer bij beproefde zuigermotoren. Het toestel werd een hoogdekker met de vleugel bovenop de romp, terwijl iedereen laagdekkers bouwde. Daarnaast werden grote delen van de constructie gelijmd in plaats van geklonken, en werden op grote schaal kunststofdelen toegepast. De ontwerpers waren zich echter terdege bewust van deze nieuwigheden en lieten niets aan het toeval over. Het ontwerpteam onder leiding van ingenieur H.C. van Meerten discussieerde uitputtend over elk idee. Veranderingen werden eindeloos doorgerekend in hun consequentie voor de prestaties van het vliegtuig.

Fokker in Abudjabi
Fokker in Abudjabi

FRITS DIEPEN

Dat het uiteindelijke resultaat in de verkiezing is gepresenteerd als de verdienste van Van Meerten vindt em.prof.ir. Theo van Bijleveld niet terecht. ‘Het is niet te veel eer voor Van Meerten, maar wel te weinig voor Frits Diepen’, meent Van Bijleveld, die destijds verantwoordelijk was voor de productievoorbereiding en gereedschapproductie.

Frits Diepen was een selfmade zakenman uit Brabant die na de oorlog een bedrijf was begonnen in luchtvaartactiviteiten als verhuur en reparatie van vliegtuigen, en verkoop van onderdelen. Hij kwam bij Fokker als directeur Verkoop. Hij besefte dat een goed vliegtuig alleen geen succes garandeerde. De Ierse luchtvaartmaatschappij Aer Lingus had evenals het Australische TAA wel belangstelling voor het toestel, maar volgens Van Bijleveld wachtten de Ieren af wat de Australiërs zouden doen. ‘We wisten dat het vertrouwen bij de Australiërs zou groeien als het vliegtuig ook in de Verenigde Staten zou worden geaccepteerd´, geeft Van Bijleveld aan. ‘De grote verdienste van Frits Diepen is dat hij de Amerikaanse vliegtuigbouwer Fairchild wist te interesseren voor het in de VS bouwen van de F27 in licentie. De eerste F27 die aan een klant werd afgeleverd was een Fairchild F27 voor de Amerikaanse luchtvaartmaatschappij Piedmont. Daarna volgden de Australiërs en vervolgens de Ieren alras.’ Het succes van de Fokker Friendship schuilt dus niet alleen in Nederlands ingenieursvernuft, maar evenzeer in Hollands koopmanschap. En door de samenwerking met Fairchild leerde Fokker ook productietempo maken, want die Amerikanen hadden wel kaas gegeten van het in een korte tijd veel vliegtuigen produceren.

De Friendship heeft een tijdloos, open ontwerp dat veertig jaar lang – van 1956 tot 1996, waarvan de laatste tien jaar als Fokker 50 – in productie is geweest. Techniek en commercie kwamen samen in de afdeling Product Support. Dat was een grote club mensen die nazorg verleende en een blijvende luchtwaardigheid voor alle afgeleverde vliegtuigen garandeerde. Ook kwamen vliegtuigen terug bij de fabriek voor modificatie. Het ontwerp is gedurende de veertig jaar dat het in productie was, een aantal malen volgens de laatste inzichten gemoderniseerd. Krachtigere motoren, extra of grotere deuren, de romp verlengen: het is allemaal toegepast op nieuwe versies van de F27 en later op de Fokker 50 en 60. Op die manier zijn bijna duizend toestellen gebouwd en is de Friendship vooralsnog het meest succesvolle turbopropvliegtuig aller tijden.

Schreiner-folder

STARTGEWICHT

Een paar technische uitgangspunten waren cruciaal voor het succes. Om de Dakota de loef af te steken was een zo hoog mogelijk laad- en dus startgewicht nodig. Er moest uiteraard wel worden voldaan aan de voorschriften om na vermogensverlies op één motor een veilige vlucht te kunnen maken; de klim onmiddellijk na de start is het meest risicovol en daarbij het belangrijkste aandachtspunt. Juist rond die tijd werd gewerkt aan nieuwe internationale veiligheidsvoorschriften, wat het ontwerpproces nog eens extra ingewikkeld maakte.

Het vliegtuig moet dus zo licht mogelijk zijn, een maximaal motorvermogen hebben en een minimale weerstand. De reden om de vleugel als een doorlopend geheel bovenop de romp te plaatsen was, volgens hoogleraar Blom, de lagere luchtweerstand van deze configuratie. Bij een laagdekker moet de motor op de vleugel worden geplaatst, omdat de propeller voldoende vrijslag, ofwel afstand van de grond, moet houden als het vliegtuig aan de grond staat. Bij een hoogdekker kunnen de motorgondels echter onder de vleugel hangen, zodat de luchtstroom over de vleugel niet wordt verstoord. Het hoofdwielstel is dan in de luwte achter de motor in de gondel op te bergen. In een laagdekker is daarvoor meestal een gestroomlijnde kast onder de vleugel nodig, wat zorgt voor veel meer luchtweerstand. Verder heeft een laagdekker bij de start ook meer interferentie tussen de luchtstroom over de vleugels en die langs de romp.

Een ander voordeel van een hoogdekker is de lage laadvloer en instap, maar dat betekent wel dat het hoofdwielstel zeer lange en zware poten nodig heeft. Om die iets korter te maken is de onderkant van de romp enigszins afgeplat, wat eveneens de bij dit toestel loze ruimte onder de cabinevloer zo klein mogelijk houdt. Eigenlijk moet een romp bij voorkeur zuiver cilindrisch in doorsnede zijn, omdat de druk in de cabine dan het meest gelijkmatig is verdeeld. Toch was de knik in de romp voor het realiseren van de afgeplatte onderkant constructief niet onoverkomelijk.

Een tweede manier om de wielpoten niet al te lang te hoeven maken was het inkepen van de drukcabine op de plaats waar de vleugel vastzit aan de romp, wat de stahoogte in het gangpad naar hedendaagse normen wel minimaal maakt. Van buitenaf lijkt het alsof de vleugel bijna helemaal in de romp zit in plaats van er bovenop ligt. Dat komt omdat de romp vanaf de cockpit tot aan de vleugel is opgehoogd met een drukloze buitenhuid. Daarvoor is gekozen na de gewichtsvermeerdering af te wegen tegen de weerstandsvermindering.

27 Fokker demo

KOORDE

De Fokkermensen zochten naar een vleugel die zo weinig mogelijk weerstand biedt en zoveel mogelijk lift geeft. Dat is meestal een zweefvliegtuigachtige vleugel met een kleine koorde (de afstand van voor- naar achterrand) en een grote spanwijdte. In vaktermen heet dat een vleugel met een grote aspectratio (het kwadraat van de spanwijdte gedeeld door de oppervlakte). Dit verhoudingsgetal dat de slankheid van de vleugel uitdrukt, is in het geval van de Friendship 12. De vleugel is vanwege de vereiste stevigheid relatief dik van boven- naar onderkant. Een vleugel die een kleine koorde heeft en dik is, heeft echter sneller de neiging krachtige turbulentie te ontwikkelen die de weerstand verhoogt. Het is knap dat Fokker in de windtunnel een profiel heeft weten te vinden dat hier weinig last van heeft.

Er waren ingenieurs die naar een aspectratio van 14 wilden, maar Van Meerten had in het voorontwerpstadium voorkeur voor 12 vanwege het risico van flutter. Flutter is een onstabiele vleugeltrilling waarvan de berekeningen pas in een laat stadium van de ontwikkeling de vereiste nauwkeurigheid bereiken. Vleugels met daaraan bevestigde massa’s, zoals motoren en onderstellen, vertonen altijd een groot aantal trillingsvormen. Door berekeningen en door onderzoek later tijdens het testvliegen is vast te stellen of zich trillingen voordoen waarbij instabiliteit optreedt; de grotere vliegsnelheden zijn daarbij meestal kritiek. Nauwkeurige berekeningen zijn pas mogelijk nadat de trillingsvormen van het complete vliegtuig voorafgaand aan de eerste vlucht zijn gemeten.

Niettemin kon de vleugel van de Friendship zeer slank blijven. Hoe effectief het aerodynamische profiel van de vleugel was, bewijst het feit dat Fokker aanvankelijk uitging van dubbele spleetkleppen aan de vleugelachterkant, die werken als een hulpvleugel en voor extra lift zorgen bij de start en landing, en bijbehorende rolroeren, die eveneens naar beneden zijn te draaien voor extra draagkracht. De productietoestellen kregen echter kleppen uit één stuk en conventionele rolroeren die niet voor extra lift konden zorgen.

De hoogte-, rol- en richtingsroeren van de Friendship zijn geheel onbekrachtigd. Dat is bij een vliegtuig van deze afmeting nog net toelaatbaar, maar volgens hedendaagse normen soms wel oncomfortabel zwaar. Bij de Fokker 50 is dat aanzienlijk verbeterd. Maar de Friendship kan, en dat was toen qua veiligheid heel up-to-date, op één motor starten en opstijgen.

Als het vliegtuig bij uitval van een motor gaat gieren of slippen (min of meer dwars op de vliegrichting zijn weg vervolgt), dan kan het verticale staartvlak aan de lijzijde overtrokken raken. Daardoor slaat het richtingsroer uit naar de verkeerde kant, wat de slip niet corrigeert maar juist verergert en het vliegtuig onbestuurbaar maakt. Dit probleem is in de windtunnel empirisch opgelost door voor het verticale staartvlak een rugvin te plaatsen. Die veroorzaakt een grote wervel die abrupt instorten van de stroming op het kielvlak voorkomt, aldus Blom.

PERSLUCHT

Om te voorkomen dat het intrekken van de lange wielpoten na het opstijgen teveel motorvermogen kost, gebeurt dit bij de Friendship pneumatisch. In de voorafgaande vlucht is perslucht opgeslagen die voldoende energie bevat om de wielen binnen 5 s in te trekken. Het volledige motorvermogen is dan beschikbaar voor het klimmen en bovendien is de weerstand tijdens het opstijgen minimaal. Bijgevolg is ook de besturing van het neuswiel pneumatisch en dus nogal zwalkend. Perslucht is en blijft immers elastisch, wat de besturing minder exact maakt dan een systeem dat werkt op hydraulische olie.

De keuze voor een pneumatische systeem voor de bediening van de onderstellen was gedurfd. De verwaarloosbare afname van het motorvermogen bij het intrekken van het onderstel tijdens een start met één motor, was slechts een van de argumenten. De pneumatische besturing is ook lichter dan een hydraulisch systeem. In tegenstelling tot de agressieve, corrosieve hydraulische olie is perslucht schoon bij onderhoud, tast het gasmengsel de verf niet aan bij lekkages en vormt het geen brandgevaar. Extra veiligheidsvoorzieningen zijn dus niet nodig.

De ervaring met pneumatische systemen onder hoge druk in vliegtuigen was echter beperkt. Alleen de Havilland Dove en de Fokker S-24 trainer werkten met zo’n systeem maar dan onder lage druk. Het systeem in de F27 bestaat uit een voorraad perslucht in stalen cilinders onder 255 bar, die met viertrapscompressoren in twintig minuten zijn te vullen, en uit vloeistofdempers in de bedieningscilinders van de onderstellen (silicone olie) en in de neuswielbesturing (minerale olie). De gebruiksdruk bedraagt 68 bar.

Al met al bleek de keuze voor pneumatiek toch minder optimaal, want een energievoorraadsysteem met langzame oplading is gevoelig voor kleine lekken. Voor lucht zijn betere afdichtingen nodig dan voor vloeistof, omdat de afmeting van gasmoleculen kleiner is. Ook ontbreekt een smerend medium. Hogedrukcompressoren in miniatuur hebben nooit een lange levensduur bereikt, de onderhoudskosten waren hoog ten gevolge van regelmatige vervanging van het droogmiddel en de waterafscheiders, en in het systeem kwamen sporen smeerolie van de compressoren terecht.

Doordat pneumatische systemen geen ingang vonden bij andere vliegtuigmodellen stopte ook de technologische ontwikkeling. Hoewel het systeem in de F27 niet gek werkte, is het op de Fokker 50 toch vervangen door een hydraulisch systeem. Het vermogensverlies tijdens het intrekken van het onderstel werd bij de F50 wel geaccepteerd, omdat de Pratt & Whitney-motor een vermogen had van 2500-2750 pk. Dat van de motor in de Friendship bedroeg 1670-2140 pk.

22-Fokker-Dart

MOTOR

De luchtvaart was na de Tweede Wereldoorlog flink op gang gekomen, en binnen de civiele luchtvaart was het veiligheidsniveau een groot aandachtspunt. Om die reden werd, parallel aan de ontwikkeling van de Friendship, aan nieuwe certificatievoorschriften gewerkt. Een Dakota kon na een motorstoring bij een hoge temperatuur en een hoog vliegtuiggewicht niet meer rechtuit vliegen en zou dus crashen. Voor de F27 zouden nieuwe en zwaardere regels gelden. Het toestel zou onder alle omstandigheden veilig moeten kunnen opereren op één motor. Ook werden eisen aan de minimumklim gesteld, zodat een vliegtuig niet tegen bergen, heuvels en andere obstakels zou botsen.

Omdat gasturbines toen nog zo nieuw waren, golden ze als onbetrouwbaar. In feite zijn zuigermotoren echter storingsgevoeliger, omdat die mechanisch veel complexer zijn. Aanvankelijk leverde de voor de Friendship gekozen Rolls-Royce Dart te weinig vermogen. Deze motor heeft twee achter elkaar geplaatste centrifugaalcompressoren. Het probleem zat in de vorm van het luchtkanaal dat van de voorste naar de achterste compressortrap loopt. Toen dat wat opgelost was de motor volkomen betrouwbaar. De hoge plaatsing van de motor had nog een voordeel: er is een propeller met een grotere diameter mogelijk dan bij een laaggeplaatste motor. Een grotere propeller kan langzamer draaien en toch meer voortstuwing leveren. Fokker wist Rolls-Royce te overreden hiervoor een aangepaste vertragingskast te ontwikkelen die het hoge toerental van de turbine omzet naar het lage toerental van de schroef. ‘Technisch is dat bijna net zo ingewikkeld als het ontwikkelen van de motor zelf’, stelt Blom, ‘want er gaat een enorm vermogen door die tandwielkast heen.’ Het grote voordeel van de gasturbine is dat hij compacter en lichter was en dus verhoudingsgewijs meer vermogen leverde dan een zuigermotor. De Rolls-Royce Dart groeide tijdens de productiejaren van de Friendship van ongeveer 1600 pk naar een vermogen van 2140 pk.

LIJMEN

Naast de doordachte aerodynamica en de moderne motor was het lijmen van de constructie bepalend voor het succes van de Fokker Friendship. Lijmen van metalen vliegtuigonderdelen in plaats van klinken heeft drie voordelen. Het vliegtuig kreeg een gladdere buitenkant door afwezigheid van uitstekende klinknagelkoppen, de huid had zonder die opstaande nagelkoppen 30 % minder luchtweerstand, en gelijmde constructies waren bij dezelfde belastingscriteria lichter en dunner uit te voeren dan geklonken constructies omdat de belasting beter wordt gespreid. Dat gelijmde constructies dus relatief sterker zijn, was het belangrijkste criterium. Een onverwacht neveneffect was dat het vliegtuig veel beter bestand bleek tegen metaalmoeheid. Als platen op elkaar zitten geklonken, dan concentreert spanning zich als gevolg van buigbelasting op de plek waar de platen met de nagel aan elkaar zitten. Bij verlijmen wordt deze spanning verdeeld over het gehele gelijmde oppervlak. Verder stopt een scheur bij gelijmd gelaagd materiaal altijd op de lijmlaag, terwijl die bij een paneel uit één stuk ongehinderd verder kan lopen. Fokker liet de lijm ook als een coating uitvloeien in de kleine holtes van de verstijvers, wat een uitstekende corrosiebescherming is gebleken.

Het grote probleem was het valideren van de betrouwbaarheid van gelijmde constructies. Fokker ontwikkelde een heel kritisch procédé waarbij aluminiumplaten in een zeer schone omgeving van vuil en corrosie werden ontdaan en vervolgens geanodiseerd in een chroomzuurbad. Daardoor kreeg het oppervlak een microscopische ruwheid die de hechtkracht van de lijm enorm vergrootte. Belangrijk was dat de lijm geen epoxyhars mocht zijn, want epoxy is hygroscopisch met alle corrosierisico’s van dien. Fokker gebruikte daarom een fenolhars dat juist vochtwerend werkt. Ook ontwikkelde de vliegtuigbouwer een testmethode: de Fokker-bondtester. Die kon met behulp van trillingsmetingen plekken opsporen waar geen hechting was opgetreden.

GEREEDSCHAP

Metaal lijmen was overigens geen Nederlandse uitvinding. Bij de bouw van de Britse Havilland Comet werden de langsverstijvers op de romp- en vleugelpanelen gelijmd, weet hoogleraar Van Bijleveld. De methode was daar ontwikkeld door iemand van Nederlandse komaf, prof.dr. Norman A. de Bruyne. Fokkeringenieur Rob Schliekelman bracht de methode naar Nederland. Om de verstijvers op de huidpanelen aan te drukken moesten de Britten duur gereedschap maken. Vooral voor het neus- en staartstuk, waar panelen dubbelgekromd zijn, was voor elke verstijver een apart op maat gemaakt aandrukgereedschap nodig. Door het gereedschap liep stoom ter verwarming en vervolgens water om de zaak af te koelen.

Voor het lijmen van de delen voor de F27 koos Fokker een geheel andere methode. Er werd namelijk gelijmd in een autoclaaf, een tank waarin werkstukken onder hoge druk en temperatuur kunnen uitharden. De te lijmen delen worden op elkaar gestapeld, twee componentenlijm bestaande uit poeder en vloeistof wordt aangebracht, en het geheel wordt gefixeerd met hechtnagels. Daarop liggen dan drukstukken, alles tezamen ingepakt in een aluminiumfolie met daarover een laag aluminiumgrind. De verpakking wordt vervolgens vacuüm gezogen en onder hoge druk van buitenaf (16 atmosfeer) en hoge temperatuur (150˚ C) hardt de lijm uit. Een nauwkeurige voorbehandeling van de te lijmen delen is essentieel. Dit omvat schoonmaken en etsen, met chroomzuur anodiseren en primer voor de lijm aanbrengen. Een belangrijk bijproduct van deze handelingen is de uitstekende corrosievastheid, want de anodiseerlaag en de lijm zelf zijn corrosieongevoelig. Bovendien is het ook een excellente ondergrond om de verf goed te laten hechten.

Dat Fokker dus veel verder ging dan de Britten met het op elkaar lijmen van grote plaatoppervlakken voor met name de vleugelhuid, had als oorzaak dat de Nederlandse vliegtuigbouwer zich geen grote freesbanken kon veroorloven die een vleugelpaneel uit één stuk kunnen frezen. De vleugelhuid moet vanaf de romp naar de vleugeltip verlopen van dik naar dun, van enkele centimeters naar millimeters. Fokker werkte met een dunne standaardplaat die vanaf de vleugeltip naar de romp steeds dikker werd gemaakt door er verdubbelingplaten op te lijmen. Het onder druk en hitte laten uitharden van zulke grote werkstukken kon alleen in de autoclaaf.

ORDERS

Na de orders van TAA, Aer Lingus en het Noorse Braathens SAFE bleef het opeens angstig stil. De Nederlandse regering besloot daarop voor de Koninklijke Luchtmacht een aantal aangepaste Friendships, de Troopships, te bestellen. Begin jaren zestig trok de markt aan en ontdekte steeds meer luchtvaartmaatschappijen de unieke kwaliteiten van de Friendship. Het vliegtuig bleef onder die naam tot 1986 in productie. Fokker en Fairchild bouwden er 787. Met het vervolgproject Fokker 50/Fokker 60 erbij opgeteld werden duizend toestellen gebouwd.

Vandaag worden in Nederland geen vliegtuigen meer ontwikkeld en gebouwd. Veel windtunnelonderzoek voor buitenlandse vliegtuigbouwers vindt hier nog wel steeds plaats. Ook besteden die bedrijven ontwerpwerk graag aan ons land uit. Stork gebruikt de lijmtechniek bij het maken van romppanelen van het zogenoemde Glare, een aluminiumlaminaat met tussenlagen van glasvezel, voor de Airbus A380.

Er vliegen nog honderden Fokkers rond en dat zal voorlopig wel zo blijven, want ze zijn momenteel waardevaste beleggingsobjecten. In Nederland zijn nog steeds alle technische competenties voor vliegtuigbouw aanwezig en menigeen meent dat de kans om opnieuw te beginnen nog niet is verkeken.

(tekst erwin van den brink en rudi den hertog. Rudi den Hertog is hoofdingenieur bij Fokker Services, onderdeel van Stork. Hij was bij het voormalige Fokker Aircraft laatstelijk hoofdconstructeur van de Fokker 100 en de Fokker 70.)

BRONNEN:

‘ONTWERP EN PRODUKTIE F27’, LEZINGENCYCLUS GEHOUDEN IN HOTEL KRASNAPOLSKY TE AMSTERDAM, MAART-APRIL 1957. HERUITGEGEVEN DOOR DE FRIENDSHIP ASSOCIATION IN 1992.

SYLLABUS VAN HET SYMPOSIUM ‘SUCCES THROUGH FRIENDSHIP’, 15 MEI 1992.

‘THE FRIENDSHIP STORY’ IN FOCUS, RELATIEPERIODIEK VAN FOKKER, 1 APRIL 1979.

INTERVIEW DOOR ERWIN VAN DEN BRINK MET HOOFDCONSTRUCTEUR J. CORNELIS VOOR HET HAARLEMS DAGBLAD NAAR AANLEIDING VAN HET 75-JARIG JUBILEUM VAN ANTHONY FOKKERS’ VLUCHT BOVEN HAARLEM, 1986.

 

KENGETALLEN

NAAM

Fokker F27 Friendship

LENGTE

23,3 m

SPANWIJDTE

29,0 m

HOOGTE

8,7 m

MAXIMUMCAPACITEIT

60 personen

MOTORVERMOGEN

2 x 1730 kW

KRUISSNELHEID

480 km/h

BEREIK

2660 km

PLAFOND

9900 m

 

 

(KADER)

Preview Fokker F-27 5

IJSZORGEN OVER DE FRIENDSHIP

 

Ten tijde van de ontwikkeling van de Fokker F27 Friendship verongelukten enkele vliegtuigen, omdat ze vlak voor de landing met hun neus voorover doken. De oorzaak was ijsaangroei, dat ontstaat in wolken met onderkoelde waterdruppels die spontaan bevriezen bij het botsen tegen een vliegtuigoppervlak. Als ijsaangroei op de staartvlakvoorranden de aerodynamische vorm bederft, dan kan dat leiden tot loslating ofwel overtrekken aan de onderzijde. Dat maakt een vliegtuig onbestuurbaar, omdat het langsevenwicht dat de staart met een neerwaarts gerichte kracht bewaart door het overtrekken wegvalt.

De F27 is tegen ijsaangroei beschermd met opblaasbare stroken van rubber over de voorranden van de vleugel- en staartvlakken. De ontwikkelaars van het toestel wilden echter grotere zekerheid dat plotseling optredende ijsruwheid geen veiligheidsrisico’s met zich zou meebrengen. Em.prof. Jaap Blom, verantwoordelijk voor het aerodynamisch ontwerp, werd in die dagen nogal vaak uitgelachen om zijn ijszorgen. Dat gelach verstomde echter geheel na een nog net goed afgelopen vliegproef met gesimuleerd ijs. Pas twintig jaar latere werd dit opgenomen in de luchtwaardigheidsvoorschriften. De Dakota had een ontijzingssysteem met in de spanwijdte opblaasbare vleugelneuzen van rubber, bij de Friendship liepen de op te blazen kanalen in de vliegrichting. De aerodynamische verstoringen bij gebruik zijn daardoor beduidend kleiner.

Fokker wist het overtrekprobleem op te lossen door de voorrand van de stabilo enigszins omhoog te laten wijzen en door de uitslag van de landingskleppen aan de binnenvleugel te begrenzen tot dertig graden.

 

 

(BEELDMATERIAAL)

 

(fokkereen.jpg – OPENINGSPLAAT)

 

FOTO FOKKER

 

(Schreiner-folder.jpg)

In de jaren zestig gebruikte de Nederlandse luchtvaartmaatschappij Schreiner Airways de Friendship voor vakantiecharters.

 

(F27_cockpit.jpg)

De cockpit van de Fokker F27 Friendship.

 

FOTO FOKKER

 

(22-Fokker-Dart.tif – staat op de server)

De schroefturbine Rolls-Royce Dart. In het midden van de tekening zijn de twee achter elkaar geplaatste centrifugaalcompressoren zichtbaar.

 

ILLUSTRATIE ROLLS-ROYCE

 

(Fokker in Abudjabi.jpg)

Promotietoer met het prototype van de Friendship. Om lange afstanden te kunnen vliegen is dit toestel voorzien van extra brandstoftanks onder de vleugel.

 

FOTO FOKKER/COLLECTIE THEO VAN BIJLEVELD

 

(22-Friendship F27.ai – op cdrom via ouderwetse post – De spread heeft veel wit, waar het past mag je de tekst van het artikel laten doorlopen. Ook kun je hier de kengetallen kwijt.)

 

ILLUSTRATIE FOKKER/COLLECTIE THIJS POSTMA

 

(Fokker_F27.pdf – staat op server)

 

ILLUSTRATIE SCHWANDT INFOGRAPHICS

 

 

(QUOTES)

 

De Friendship was voor Fokker de technologische vlucht voorwaarts

 

De ontwerpers waren zich terdege bewust van deze nieuwigheden en lieten niets aan het toeval over

 

Het succes van de Friendship schuilt niet alleen in Nederlands ingenieursvernuft, maar evenzeer in Hollands koopmanschap

 

‘Technisch is dat bijna net zo ingewikkeld als het ontwikkelen van de motor zelf’

 

Een onverwacht neveneffect was dat het vliegtuig veel beter bestand bleek tegen metaalmoeheid

 

Er vliegen nog honderden Fokkers rond

 

 

Krik Nederland op met baggerslib: De Slibkrik, Inklinkend veenpakket noninvasief optillen door er slib onder te spuiten

In 2003 schreef ik een commentaar in De Ingenieur (Baggeroplossing) waarin ik twee problemen tot een oplossing smeedde: Het veen, met name in het Groene Hart, klinkt in waardoor dat gebied steeds meer een laaggelegen badkuip wordt. Ongeveer een meter per eeuw, in de afgelopen eeuwen van zo’n vier meter boven NAP naar zo’n drie tot vier meter onder NAP, op het diepste punt zelfde 6,78 meter.

Aan de andere kant is er een groot overschot aan baggerspecie dat uit onze waterbodems komt. Als je die specie tijdelijk in water kunt oplossen zodat je het kunt verpompen, dan zou je het kunnen injecteren tussen de veenlaag en de klei-zandlaag op zo’n zes meter diepte en zo het veenpakket – dat op maaiveld beschermd landschap is – als het ware kunnen opkrikken. Kan dat? Het bewijs werd in 2010 geleverd door een toevalstreffer (‘Bodembotox’ en ‘Succes met slib’). Lees de stukken.

 

 

 

INGR200312_13 3

07_INGR03_Commentaar

Dossier Slib 38_39_INGR02_Slib

slibkrik1

SLIBPoster

 

 

38_39_INGR02_Slib 07_INGR03_Commentaar INGR200312_13 3 SLIBPoster

MegaPower, grootschalige energiewinning uit de natuur (De Ingenieur, nr. 20, 6 december 1995)

 

MegaPower_ill

 

Hier de PDF van het artikel in De Ingenieur: Megapower1995-2016

En hier onder twee websteks waar je er nog wat over vindt:

http://www.solar-tower.org.uk/megapowertower.php?PHPSESSID=5e87907ea6cf285f917966588c1c7c1f

http://www.lgwkater.nl/energie/megapower/megapower.htm

GESLOTEN SYSTEEM VOOR OPWEKKING VAN ENERGIE + BENUTTEN VAN TEMPERATUURVERSCHILLEN IN ATMOSFEER + VOLGENS NLR IS CONSTRUCTIE TECHNISCH MOGELIJK

 

MegaPower, grootschalige energiewinning uit de natuur

 

Toren van 5 km in Noordzee voor opwekken energie

 

Het principe van witte steenkool kan een zeer grootschalige toepassing krijgen. Plaats een gigantische toren in zee, laat gas via een pijp opstijgen tot 5 km hoogte, waar het condenseert en als vloeistof terugloopt tot zeeniveau, waar het door een turbine wordt omgezet in elektrisch vermogen. Onmogelijk? Nee, eerste studies rechtvaardigen nader onderzoek.

– Ing. R.M. van Ginkel –

– Frank Hoos –

– Ir. R.M. Krom –

– Drs.ir. P. van Summeren –

 

Ing. Van Ginkel en ir. Krom zijn werkzaam bij de Hoogovens Groep BV, Frank Hoos, bedenker van het MegaPower-idee, is werkzaam bij Seatec BV en drs.ir. Van Summeren is free-lance projectleider. Dit haalbaarheidsproject wordt gesteund door Novem. Ook Linde heeft aan het project deelgenomen.

 

 

Onder de naam MegaPower wordt sinds een jaar gewerkt aan een haalbaarheidsstu­die voor een grootschalig vermogensopwekkings‑ en conversiesysteem. Het voorstellingsvermogen moet hiervoor haast even groot zijn als het installatievermo­gen: 7000 MW in een installatie van tussen de 4 km en 7,5 km hoog­te. Het principe is dat van een gesloten systeem, waarbij een vloeistof verdampt op zeeniveau en op zeer grote hoogte bij de daar heersende lage temperatuur condenseert en terugge­leid wordt naar zeeniveau onder opwekking van vermogen. Het principe is vergelijkbaar met vermogensopwekking uit witte steen­kool: water verdampt, stijgt op, beregent de bergen en in de afdaling naar de zee worden waterkrachtcentrales ingezet voor het genereren van vermogen. De eerste studies tonen aan dat het project zowel fysisch als bouwtechnisch haalbaar kan zijn.

In het jaar 2050 naderen de gas‑ en olievoorraden hun einde, terwijl de wereldwijde energiebehoefte blijft stijgen. Er ontstaat dus behoefte aan grootschalig vermogen met andere bronnen dan gas en olie. Steenkool vormt op de lange termijn geen optie, want gezien het laatste rapport van de VN is wel vast komen te staan dat de klimaat­verandering daadwerkelijk in gang is gezet en dat CO2 daarin een voorname rol speelt. Dit noodzaakt te zoeken naar andere en betere oplossingen.

Met MegaPower komt een zeer milieuvriendelijke oplossing in beeld zonder enige CO2-produktie. Uitganspunt voor MegaPower is dat de temperatuur op grote hoogte (5000…8000 m) aanzien­lijk lager is dan op zeeniveau. Om hiervan gebruik te maken in een gesloten systeem zijn zeer grote installaties nodig, waarbij allerlei uitdagingen in de realisatie ervan opdoemen: de constructieve haalbaarheid, de thermodynamische voorwaar­den en de uitwerkingen daarvan.

Het fysische principe van een dergelijk geslo­ten systeem wordt verduidelijkt in afbeelding 1. Het systeem is in de Noordzee ge­dacht. Het bestaat uit een verdamper op zeeniveau, een stijgpijp voor het gas, een condensor op 5000 m hoogte, een pijp waardoor de vloeistof terugstroomt en een turbine op zeeniveau. De temperatuur op 5000 m hoogte is gebaseerd op de Nasa-standaard die aangeeft hoe de temperatuur met de hoogte varieert voor een standaardatmosfeer. De temperatuur van het zeewater komt overeen met de temperatuur van de Noord­zee in juni. De relatief hoge temperatuur is gunstig voor de verdamping van het medium. Het vloeibare medium wordt in de verdam­per een gas, stijgt op totdat het in de condensor komt, waar het condenseert. Daarna valt het terug tot op zeeniveau. De potentiële energie van de vloeistof in de condensor wordt in de turbine omgezet in elektrisch vermogen.

 

Rekenmodel

Om überhaupt berekeningen te kunnen uitvoeren moet het temperatuurverloop op grote hoogte en op zeeniveau bekend zijn. Aan het KNMI zijn derhalve gegevens gevraagd over het weer boven de Noordzee. Omdat het weer boven De Bilt niet signifi­cant verschilt van dat boven de Noordzee, zijn de weerdata van het jaar 1986 als uitgangspunt genomen. Deze zijn aangevuld met data van zeewatertemperaturen uit internationale klimaatatlas­sen. De data van het KNMI geven de hoogte van een drukniveau, de bijbehorende temperatuur en wind (in richting en snelheid).

De zeewatertemperaturen zijn af te lezen uit afbeelding 2. Dit tempe­ratuurverloop is een gemiddelde over tien jaar. Aanvullende gegevens van een bepaald meetpunt, de zeewatertempera­tuur bij Noordwijk in 1986, zijn in overeenstemming met die in deze afbeelding.

De temperatuur op 5500 m wordt weergegeven in afbeel­ding 3. Daarin is duidelijk te zien dat grote dagelijkse afwijkingen van de Nasa-standaard optreden.

In het MegaPower-project wordt uitgegaan van de meest ongunstige situatie. Hoe hoger de temperatuur is op 5500 m, des te slech­ter dat is voor conden­satie. In afbeelding 3 wordt door een ge­trokken lijn een ongunstig verloop aangegeven.

MegaPower heeft een rekenmodel ontwikkeld waarin het gewenste vermogen, de eigenschappen van de damp, de temperaturen op zeeniveau en op 5000 m hoogte zijn opgenomen. Dit model is gebaseerd op de aanname dat gedurende het transport van beneden naar boven geen warmte met de omge­ving wordt uitgewisseld. In het model is het verloop van de druk van een gas met de hoogte in een zwaartekrachtveld in rekening gebracht.

Bij uitwerking van dit model voor butaan, een gas dat ver­dampt bij ‑0,5 °C en dat een geringe verdampingswarmte heeft, blijkt dat voor een pijp met een doorsnede van onge­veer 50 m (of een bunde­l pijpen met in totaal een equivalent inwendig oppervlak) en 5000 m leng­te, een elektrisch vermogen van 7000 MW beschikbaar kan komen. De butaandamp stijgt op van het zeeniveau met een snelheid van ongeveer 50 m/s en komt op 5000 m hoogte aan met 20 m/s.

Uit de eerste berekingen bleek dat zuiver butaan niet kan voldoen, omdat er geen condensatie optreedt bij gestelde omgevingstemperaturen. Er zijn aan het butaan derhalve additieven toegevoegd. Deze condenseren tijdens het transport en geven hun warmte af aan het butaan. Daardoor komt het butaan met hogere druk dan voorheen aan bij de condensor en is condensa­tie mogelijk.

Door het geringe temperatuurverschil met de omgeving worden zowel de verdamper als de condensor buitenspo­rig groot. Bovendien betekenden de gegevens van het KNMI voor het MegaPower-project dat een systeem met butaan als medium vele maanden per jaar niet zou kunnen werken. Dit was aanleiding tot het zoeken van andere media en andersoortige systemen.

 

Medium

Het ontwikkelde rekenmodel biedt de mogelijkheid ook andere media in te voeren. Uit de eerste ervaringen was duidelijk geworden dat de tempe­ratuurniveaus de beperkende factoren waren, en niet zozeer de constructie. Daarom is een aantal stoffen onderzocht op hun mogelijke toepasbaarheid.

De minimaal vereiste temperatuur voor de verdamper moet altijd lager zijn dan de minimum zeewatertemperatuur van 4 °C (in de winter). Deze minimale temperatuur is bovendien afhan­kelijk van de con­struc­tie. In het onderzoek is de minima­le temperatuur van de verdamper op 0 °C gelegd. Voor de condensor geldt een soortgelijke beschouwing. Daar is de condensortemperatuur 6 °C hoger genomen dan de omringende lucht.

In de zomer is de temperatuur op 5000 m het hoogst en het temperatuur­verschil met het zeewater het klei­nst. Derhalve ligt bij die situatie de strengste systeem­eis. Daarnaast zijn er uit over­wegingen van stabiliteit en sterkte van de constructie nog eisen voor de drukken die mogen optre­den in het systeem. Het drukverschil met de omgeving mag niet te groot zijn en zeker niet lager dan de omgevingsdruk.

Een eerste keuze van mogelijke materialen leverde zeventien potentië­le kandidaten op. Ook de invloed van addi­tieven op deze materialen is onderzocht. Uit het reken­model blijkt dat met voornoem­de systeemeisen slechts drie potentiële materia­len over­blijven. Na invoering van andere voorwaarden zoals vrije convectie van de lucht in de condensor bleef alleen NH3 als medium over. Alhoewel het systeem binnen de gestelde temperatuurgren­zen functioneert, worden de con­densor en verdamper door gerin­ge temperatuurver­schillen en grote verdampingswarmte van NH3 relatief erg groot. Er zijn nog andere voorstellen gedaan, maar die vragen nog nadere uitwerking.

 

MegaPower-toren

Er is aan het NLR opdracht gegeven na te gaan of een dergelijke constructie technisch gerealiseerd kan worden. De Mega­Power-toren wordt getuid vanuit drie punten op zeeniveau. Er zijn twee versies (afbeelding 4, 5 en 6). Beide versies zijn opgebouwd uit modules die een kern van kunststof hebben met aan beide zijden aluminium. Enerzijds wordt de massa van de toren hierdoor beperkt, ander­zijds wordt de stijfheid groter. Bovendien is de protec­tie van belang, inwen­dig naar de gebruikte media, uitwendig naar meteorologische invloeden. In het MegaPower-project zijn dikten van 250 mm gebruikt.

In versie I zijn er om de 1200 m drijflichamen met water­stof. Er zijn dan vier drijflichamen die een elliptische vorm hebben. De inhoud van deze lichamen varieert met de hoogte. Beneden is de opwaartse kracht groot, dus kan de inhoud relatief klein zijn. Boven is de atmosferi­sche druk klein en moet het drijflichaam relatief een grotere inhoud hebben. Gedacht wordt aan langsdoorsneden van 360 m tot 900 m.

In versie II is het drijfvermogen geïntegreerd in de pijp. Deze wordt daardoor twee keer zo breed op zeeniveau. Ook hier speelt de atmosferische druk op grote hoogten een rol. Daardoor neemt de doorsnede toe tot 165 m op ongeveer 5000 m hoogte.

Het blijkt dat beide versies constructief mogelijk zijn. Bij een flinke storm is de statische deflectie bovenaan de pijp bij versie I (met vier drijflichamen) 344 m, bij de geïntegreerde versie slechts 57 m. Dat is voor beide ver­sies verras­send weinig. Nog meer indruk echter maakte het dynamische gedrag van beide versies. Windstoten van sinusvorm en beperkte duur werden aan de beide versies gegeven. Indien een windstoot op 4500 m wordt gegeven, is de deflectie maximaal 20 m respectievelijk 1 m.

De natrilling van beide ver­sies was ver­schil­lend. De dunne mast heeft veel eigenfre­quenties voor buigen onder de 0,1 Hz, terwijl de gedistribueerde versie begint bij 10 Hz. De reden voor deze kleine uitwijkingen moet gezocht worden in het enorme gewicht van de condensor. Deze functio­neert als stabilisator voor de pijp eronder.

Ook de tuidraden zijn technisch interessant. Zonder de toe­passing van nieuwe materialen zal het niet mogelijk zijn de toren te tuien. Nu blijkt dat doorsneden van 0,2 m2 van een modern materi­aal de spannin­gen kunnen opvangen, die ont­staan bij stormen en windsto­ten. De mechanische constructie is derhalve technisch moge­lijk.

De manier waarop de pijp opge­bouwd moet worden ligt daarmee nog niet vast. Binnen het MegaPower-pro­ject is een aantal ideeën bedacht om een pijp van een derge­lijke lengte op te bouwen. Uit verder onderzoek van het NLR blijkt dat con­structies van nog grotere dimensies technisch mogelijk zijn. Dit opent nieuwe wegen voor andere voorstellen.

Milieutechni­sche aspec­ten zijn voor MegaPower van groot belang. Men kan zich voor­stellen dat een puntvormige vermogens­winning zich heel anders gedraagt in het milieu dan een vermo­genswinning die over een groot oppervlak is verdeeld. Hiervoor zou een model ontwikkeld moeten worden voor zowel de condensor op grote hoogte als de verdamper in de zee. Vanwege de beperk­te duur en mogelijkhe­den van de huidige voorstudie kon alleen de haal­baarheid naar constructie en thermodynamische opzet bekeken worden.

 

Ten slotte

Door de opmerkelijke resultaten van de voorberei­dende haalbaarheidsstudie moet er een uitgebreid voor­ontwerp komen waarin alle aspecten uitge­werkt, geëvalu­eerd en afgewogen worden. Er zijn nog veel onuitgewerk­te mogelijkheden. De koppeling tussen techniek en techno­logie moet met grote harmonie tot stand worden gebracht. Voorbeelden daarvan geeft de natuur in grote diversi­tei­ten.

Het idee van MegaPower komt vanuit bewo­genheid met de natuur en moet daarom een eerlijke kans krij­gen. Zou het niet prachtig zijn als op economische verant­woorde wijze door middel van dit ‘luchtkasteel’ op grote schaal energie uit de natuur gewon­nen kan worden?

 

 

 

 

(BIJSCHRIFTEN)

(CREDIT BIJ DIA)

(Illustratie: Hans Pihl)

 

Afb. 1 Butaan/NH3-procescyclus; de vloeistof wordt door het zeewater verdampt en condenseert op grote hoogte; de druk en het debied van de vloeistofkolom worden in energie omgezet.

 

Afb. 2

 

Afb. 3

 

(VOLGENDE DRIE AFBEELDINGEN BIJ ELKAAR PLAATSEN)

Afb. 4

 

Afb. 5 Separate waterstof drijflichamen.

 

Afb. 6 Drijfvermogen geïntegreerd in de pijp.