Hieronder treft u een overzicht en korte beschrijving aan van de PPS projecten die in 2014 met aanwending van de TKI-toeslag tot stand zijn gekomen.

Bearing Bypass

Project partners
Industry(NL): FokkerAerostructures
Industry(EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 225.018
– Funded by TKI: € 112.498
Duration: 2014-12-01 to 2017-12-31

Background
The use of composite components in the aircraft industry is increasing. Many components consist of multiple parts that are connected together by mechanically fastened (e.g., bolted) joints. Mechanically fastened joints are abundant in many types of aerospace structures because of their high stiffness-to-weight and strength-to-weight properties. These properties provide very good potential for substantial weight savings for composite aircraft structures. Detailed knowledge of the failure modes that occur in these mechanically fastened joints, in particular related to bearing-bypass loading, is of paramount importance. development and exploitation of a dedicated test facility for variable bearing-bypass loading of composite laminates.

Goals
This project aims to improve understanding of failure phenomena in mechanically fastened joints in composites. Advanced design criteria for bolted joints of composite parts are developed. These design criteria are based on experimental assessments of the failure behaviour of composite specimens that are representative for industrial applications. This is achieved through the design, application and evaluation of an innovative test facility for specific specimens that are representative for mechanically fastened joints in composite parts. Moreover, detailed finite element simulations of the tests are done to support in the design of a test facility, as well as in the interpretation and thorough understanding of the test results.

Utilisation
The application of novel design methods and more accurate design criteria is of key importance for the further reduction of design time and costs.
The advanced design criteria and the state-of-the-art test facility enables industry to produce lighter composite aircraft structures.

Projectresultaten

  • Er is een nieuwe NLR bearing bypass testfaciliteit beschikbaar gekomen voor de Nederlandse industrie en Defensie
  • Nieuwe ontwerp criteria zijn ontwikkeld voor geschroefde verbindingen van composieten delen
  • Er zijn digitale modellen gemaakt om het faalgedrag te voorspellen
  • Er zijn veel testen gedaan om een grote hoeveelheid data te verkrijgen
  • Een eerste vergelijking van de digitale voorspellingen en de data van de fysieke testen is gedaan als start voor de validatie van de ontwerpcriteria

CANAL (CreAting NonconventionAl Laminates)

Project partners

Industry (NL): letters of support Fokker Landing Gear and Airborne
Industry (EU): Airbus, Dassault
Research organisations: NLR, TUDelft

Budget en looptijd
Total project budget: € 4.704.380
– Funded by TKI: € 219.722
Duration: 2014-01-01 to 2017-12-31

Background
Hoewel tot nu composietlaminaten meestal alleen uit 90, 0 en + / -45 graden lagen bestaan, heeft de ontwikkeling van Automated Fibre Placement technologie mogelijkheden geopend om af te wijken van deze beperkende stap in ontwerp en fabricage. Momenteel zijn er geen niet-conventionele laminaten bekend die in de industrie worden toegepast, maar onderzoek heeft veelbelovende resultaten laten zien bij virtuele analyse en coupontesten. Laminaten met variabele stijfheid en gebogen vezelbanen vertonen een toename in knikbelastingen, alsmede afstemming van eigenfrequenties van zowel platen als cilinders. Rechtevezellaminaten met verspreide vezelhoeken zijn veelbelovend voor een betere schadetolerantie.

Goals
Het doel van EU-project CANAL is om door middel van Dry Fibre Placement (DFP) nieuwe niet conventionele laminaatconfiguraties te ontwikkelen en om engineering tools te ontwikkelen om de implementatie van de technologie te garanderen in de lucht- en ruimtevaartindustie, maar ook in andere industrieën, zoals de automotive- industrie die kan profiteren van een snelle en kosteneffectieve productie van complex gevormde en high- performance composieten onderdelen.

Utilisation
Door de uitvoering van dit programma ontwikkelt het NLR een zeer kostenefficiënte, geautomatiseerde composietproductieproces door de combinatie van goedkopere startmaterialen, optimale laminaatopbouw en Automated Fibre Placement. Hiermee wordt een belangrijke stap gezet om de recurring kosten van composietproducten te verlagen, de reproduceerbaarheid te verhogen en afvalpercentage te verminderen. Dit is van groot belang om de (inter)nationale concurrentiepositie van de Nederlandse maakindustrie te verbeteren.

Projectresultaten

  • In CANAL heeft het NLR met partners non-conventionele laminaten (NCL) ontwikkeld vanaf concept tot test componenten.
  • Het NLR heeft complexe NCL-concepten en -ontwerpen van TUDelft en ONERA succesvol vertaald naar maakbare testpanelen waarbij de Coriolis Fibre Placement machine werd toegepast voor placen van de droge preforms en RTM & VARTM werd toegepast voor injectie.
  • Samen met IAI heeft het NLR de injectiestrategie ontwikkeld en gevalideerd voor aanmaak van blad-verstijfd paneel. Het paneel is opgebouwd uit droge preforms gemaak met de Coriolis Fibre Placement machine en hot draping.
  • Het NLR heeft de benodigde droge preforms voor de conventionele (CL) en non- conventionele laminaat (NCL)-ontwerpen aangeleverd aan partners, o.a. de preforms benodigd voor de CL en NCL blad-verstijfde panelen geïnjecteerd door IAI.
  • De panelen zijn succesvol getest door VZLU en bevestigen de mogelijkheden die NCL-ontwerpen bieden voor hogere mechanische prestaties en gewichtsreductie.

Automatische preform aanmaak door middel van Pick-and-Place

Project partners
Industry (NL): Fokker Landing Gear, CompoWorld
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 269.471
– Funded by TKI: € 36.249
Duration: 2014-01-01 to 2015-02-28

Background
Een grote kostenpost in het maken van dikke composieten onderdelen met behulp van Resin Transfer Moulding (RTM) is het handmatig maken van preforms. Om componenten zoals een drag brace van een composieten landingsgestel of balken en kokers in automotive-toepassingen betaalbaar te kunnen blijven maken is het nodig om het preformen te automatiseren. Dit kan op verschillende manieren.
Een huidige state-of-the-art methode is het preformen met behulp van pick-and-place robots. Hierbij worden vlakke weefsels of prepregs vanaf een snijmachine op een nieuwe positie samengevoegd tot een vlakke preform. Voor veel onderdelen is echter een vlakke preform niet voldoende. De vlakke preforms moeten nog tot bijvoorbeeld een U-vorm worden gezet en op een uiteindelijke maat gesneden worden. Hierbij moet de kwaliteit van de weefsellagen gewaarborgd kunnen worden.

Goals
In dit project wordt onderzocht of het huidige niveau van pick-and-placen van vlakke laminaten kan worden uitgebreid met drie taken: het vormen van U-vormige preforms, het op maat maken van deze U-vormige preforms en het automatisch controleren van de afmetingen en vezelrichtingen in de preform. Tevens wordt een eenvoudig kostenmodel opgezet om het gehele automatiseringsproces te kunnen evalueren in vergelijking met de huidige handmatige preform-processen, waarbij zowel fabricagekosten als noodzakelijke investeringen zullen worden meegewogen.

Utilisation
Door de uitvoering van dit programma ontwikkelt het NLR ‘Robot Based Composite Manufacturing Technologies’. Hiermee wordt een belangrijke stap gezet om de recurring kosten van composietproducten te verlagen, de reproduceerbaarheid te verhogen en het afvalpercentage te verminderen. Dit is van groot belang om de (inter)nationale concurrentiepositie van de Nederlandse maakindustrie te verbeteren.

Projectresultaten
Uit dit onderzoek blijkt dat het preforms voor gebruik in RTM-processen met behulp van pick- and-place robots gemaakt kunnen worden. Weefsellagen kunnen met venturi-vacuüm cups goed en nauwkeurig gepositioneerd worden. Infraroodverwarming van een zijde is genoeg om de weefsellagen met binder, snel en voldoende aan elkaar te smelten en om te vormen met behulp van vacuümtafels. Randen kunnen met behulp van ultrasoon cutters getrimd worden. Het automatisch inspecteren van weefsel en preforms is nog in ontwikkeling. Met de toen verkrijgbare systemen waren geen kant en klare oplossingen mogelijk. Naar aanleiding van dit onderzoek is de ACM pilot plant ontwikkeld. Deze pilot plant geeft aan dat de verschillende onderzochte processen op hoge TRL-niveaus uitgevoerd kunnen worden en dat landingsgestel onderdelen op een kosteneffectieve manier gemaakt kunnen worden. Voor het volledig automatische werken van een preform cel is echter meer onderzoek nodig naar automatische controle van weefsel en preforms.

Onderzoek naar bi-axiaal coupontesten

Project partners
Industry (NL): Fokker Aerostructures
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 234.847
– Funded by TKI: € 49.659
Duration: 2017-01-01 to 2019-08-31

Background
It has been recognised that limiting the evaluation of a material characteristic to uni-axial coupon tests can lead to a misrepresentation of the behaviour of a material in an aircraft structure. More realistic loading during the virtual test and the physical tests, i.e. introducing biaxial conditions, leads to a more accurate representation of the expected behaviour of the structure in-service. The use of biaxial testing represents a major step forward in understanding the properties of composite structures and establishing a way forward to the next generation of advanced structures, leaving traditional ‘black aluminium’ designs in the past.

Goals
This research project aims to improve the manufacturability to such an extent that providing bi-axial test data in the early stages of the design can become state-of the art and routine practice. This will be achieved through the design, application and evaluation of innovative manufacturing possibilities that are representative for various industrial applications. For cost-efficiency, existing and available test equipment and know-how will be used in the test facility where possible. The key innovations of the proposed project are 1) innovative testing procedures enabling early industrial adoption of the innovative bi-axial failure criterion and 2)further development of a test rig for composite specimens under biaxial loading that allows routine application of bi-axial testing early in the design process.

Utilisation
The resulting improved testing procedures will allow early application of the much more accurate bi-axial based allowable stress constraints in the design and optimisation of composite aircraft components. This will lead to more right-first-time design, and greater potential for further component weight reduction, which could in turn lead to far wider use of composites and new opportunities for Dutch industry and the SME’s in their supply chain.

Projectresultaten

  • Er is een nieuwe NLR bi-axiale testfaciliteit beschikbaar gekomen voor de Nederlandse industrie en Defensie
  • Er zijn digitale modellen gemaakt om het faalgedrag te voorspellen
  • Op basis van de resultaten wordt verwacht dat samengestelde onderdelen met lager gewicht kunnen worden gemaakt in vergelijking met onderdelen die zijn ontworpen met de uni-axiale faalcriteria. Dit moet leiden tot lager brandstofgebruik van vliegtuigen.
  • De resultaten zijn gepubliceerd in het artikel:
  • Vankan et al, Strength of notched and un-notched thermoplastic composite laminate in biaxial tension and compression, Journal of Composite Materials, Vol. 50(25), 3477–3500, 2016, SAGE Publications Ltd, http://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/0021998315621963

Demonstration Additive Manufacturing on an Inconel 718 gas turbine component

Project partners
Industry (NL): Sulzer Eldim and DutchAero
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 16.288
– Funded by TKI: € 8.175
Duration: 2014-02-01 to 2014-11-30

Background
3D printing of metals is an innovative and challenging manufacturing technology for the aero engine industry. Dutch companies, part suppliers to this industry, will face 3D printing for their product port folio in order to improve: 1) product designs and 2) manufacturing approaches. However, most of the companies are not aware of the full capabilities of 3D printing of metal parts. Many questions are still open like: which alloys can be printed, which geometrical freedom is allowable in my design, and are the mechanical properties comparable to alloys manufactured in a traditional way?

Goals
The product, a solid shroud with a honeycomb sealant, was selected in order to demonstrate:

  • The printability of the high temperature resistant nickel alloy Inconel 718;
  • The geometrical stability and sensitivity to ‘spring-back’ of the curved backing structure;
  • Thin wall structures with minimal wall thickness as required for the honeycomb section of the part;
  • Minimal sized cooling holes on the forward and aft sides (0.8 mm) as well as at the circumferential contact faces (0.55 mm);
  • The tensile properties of Inconel 718 after printing and heat treatment.

Utilisation
This demonstration program gave valuable data on all aspects as described under the chapter above ‘goals. The alloy is very well printable and the tensile properties exceed the casting propertes. Some texture has been noticed; thus the mechanical properties varies depending on the building direction and the test samples are taken out.of the part. Minimal wall thicknesses of less than 0.2 mm are achievable. The output of this programme gave the partners valuable information about the 3D printing technology, what may be expected of this technology and how to apply it in existing and future applications.

Projectresultaten

  • Thin wall honeycomb structures successfully printed in Inconel 718 with a minimum wall thickness of about 200 microns.
  • Cooling holes of 0.8 mm possible to print; 0.5 mm holes not fully open. Tensile properties met the specified values for L-PBF Inconel 718. The Young’s modulus varies largely between the xy- and z-direction. The young’s modulus is 35 % lower in the z-direction due to strong texture.
  • The demonstrator showed clearly the opportunities that laser powder bed fusion offers to print complex aerospace parts. It will strengthen the Dutch industry to find potential applications for manufacturing complex parts by L-PBF.

FlexPCB vliegtuigbekabeling

Project partners
Industry (NL): Fokker Elmo
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 28.187
– Funded by TKI: € 14.090
Duration: 2015-12-01 to 2016-11-30

Background
FlexPCB staat voor Flexible Printed Circuit Boards. Flexible Printed Circuits is een bestaande technologie die al veel toepassing vindt in de auto- en telecommunicatie industrie en in medische en consumentenelektronica. Maar nog niet in een niet-afgeschermde vliegtuigomgeving. Het is gesuggereerd dat FlexPCB kan worden toegepast in vliegtuigen als alternatief voor elektrische bekabeling om gewicht en volume te reduceren. Aandachtspunt bij de toepassing van FlexPCB is EMC, met name overspraak . De kleine afstand tussen de geleiders leidt in potentie tot hoge niveaus van overspraak. Een inter-layer shield kan naar verwachting worden gebruikt om overspraak te reduceren.

Goals
Het huidige project omvat modellering van overspraak in een specifieke FlexPCB configuratie met twee signaallagen gescheiden door een inter-layer shield. De simulaties worden vergeleken met metingen die ook binnen het project worden uitgevoerd. Het doel is de opbouw van een goed begrip van overspraak in Flexible Prints en de invloed van het inter-layer shield daarop.

Utilisation
De opgedane kennis kan worden gebruikt om overspraak te minimaliseren, zodat elektromagnetische interferentie (EMI) wordt voorkomen. Het huidige onderzoek baant de weg voor het gebruik van Flexible Printed Circuit Boards als alternatief voor elektrische bekabeling in een niet-afgeschermde vliegtuigomgeving.

Projectresultaten

Resultaten EMC aspecten:

  • Er zijn modellen gemaakt van verschillende transmissielijnen in FlexPCBs.
  • Er zijn test samples gefabriceerd voor het uitvoeren van EMC- en omgevingstesten.
  • Er zijn overspraakmetingen en andere EMC-metingen uitgevoerd aan de test samples. De meetresultaten bevestigen de simulatieresultaten.
  • De conclusie is dat de EMC-eigenschappen van FlexPCBs geoptimaliseerd kunnen worden door de grote mate van controle over grootte en positie van de geleiders in een FlexPCB.

Resultaten thermische aspecten:

  • Er is een thermisch model gemaakt van een 3-lagen FlexPCB met 12 geleiders per laag.
  • Er is een analyse uitgevoerd om de temperaturen te berekenen bij verschillende stromen.
  • De conclusie is dat er potentie is om de derating van FlexPCBs te verbeteren t.o.v de derating van bekabeling maar dat er nog meer onderzoek nodig is.

Validation of unsteady aerodynamics CFD codes for structural dynamics qualification of civil aircraft

Project partners
Industry (NL): DNW
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 982.450
– Funded by TKI: € 299.995
Duration: 2014-01-01 to 2015-12-31

Background
This partnership covers the development of an Unsteady Transonic Wind Tunnel Model (based on Embraer DT geometry), according to the state of the art in unsteady aerodynamic model design (phase 1), and the development of a future concept of a wind tunnel model for an integrated unsteady aerodynamic and flutter wind tunnel test.

Goals
The objective of the project is to update the knowledge and most importantly to provide hands-on experience in the field of aeroelastic model design and testing, which contributes to the technological readiness, the competitiveness and the reduction of business risks of DNW with regard to wind tunnel flutter testing.
Using the proposed concept, valuable validation data can be generated in a single test campaign which traditionally has to be obtained from two types of wind tunnel tests, i.e. an unsteady aerodynamic test and a wind tunnel flutter test. Moreover, the concept has potential to be extended to include current problems in industry such as flutter suppression, loads control and loads alleviation. The proposed concept is based on NLR experience with the semi dynamically-scaled approach of wind tunnel flutter models. The dynamic characteristics of the model are governed by the bending modes and the torsional springs attached at the root of the wing. Structural parameters are optimised towards target dynamic characteristics determined through an aeroelastic scaling law analysis between the real aircraft and the model. The aeroelastic scaling law analysis ensures that similar transonic flutter mechanisms occur in the range of flow conditions of DNW’s high speed wind tunnel (HST) as for the full scale aircraft. The installation of pressure sensors and accelerometers in the model allow the model to generate relevant data for unsteady aerodynamic validation.

Utilisation
The result of the project is the development of a state-of-the-art unsteady transonic wind tunnel model (Embraer DT geometry) and a well-documented design of a wind tunnel flutter model which can be directly implemented for further aeroelastic wind tunnel model development and transonic testing.

Projectresultaten

E.G.M. Geurts, J.F. Dorneanu, ‘Contributions to future aeroelastic research at NLR – Validation of unsteady aerodynamic CFD for structural Qualifications of civil aircraft‘, NLR-CR-2015-490

  • The report describes the learning trajectory that has been followed alongside NLR project HMU1 (engineering drawings ET6208) and HMU2 (engineering drawings ET6236) and the study of the feasibility of a dynamically scaled aeroelastic wind tunnel model.
  • The knowledge generated within this project is of paramount importance for the realisation of dynamically scaled models and for future flutter prediction and wind tunnel testing.

SFWA - Innovative Engine Demonstrator Flying Testbed

Project partners
Industry (NL): Fokker Aerostructures, Airborne Technology Center, KIN Machinebouw, Microflown Technologies, Fokker Elmo
Industry (EU): Airbus, Saab, Dassault, Rolls Royce, RUAG, Thales
Research organisations: : NLR, TUDelft, Utwente, DLR, Fraunhofer

Budget en looptijd
Total project budget:  € 26.328.359
– Funded by TKI: € 199.993
Duration: 2014-01-01 to 2016-11-06

Background
Voor de kwaliteit van vliegtuigmotoren (i.h.b. counter-rotating open rotor (CROR)-motoren) zijn prestaties en de geluidsproductie essentiële indicatoren. Tijdens de ontwikkeling worden rekenmethoden gebruikt en geverifieerd worden met behulp van windtunneltesten. In SFWA heeft Airbus bij het Nederlandse DNW windtunneltesten laten uitvoeren aan een geïnstalleerde CROR-configuratie en een deel van de testresultaten geleverd aan geselecteerde Members (o.a. NLR) voor validatie van hun rekenmethoden. In navolging op SFWA heeft het NLR met DNW afgesproken om op dat deel (wat DNW al ter beschikking heeft) een gezamenlijke evaluatie uit te voeren van de wind tunnel testen.

Goals

  • Gedetailleerde statische en dynamische aero-elastische CROR-simulaties uitvoeren en vergelijken met experimentele gegevens over bladvervorming en rotor-aero-akoestische prestaties van de ONERA-S1 windtunnel.
  • Deelnemen aan de vergelijking na de test van numerieke voorspellingen met CROR-rig-testexperimenten uitgevoerd in DNW-LLF & ONERA-S1.
  • Het ontwikkelen van CFD- / CAA-mogelijkheden voor volledige vliegtuiggeometrieën (d.w.z. met ingezette hoge liftinrichtingen en CROR) en het vergelijken van de numerieke (aero-akoestische) voorspellingen met experimenten uitgevoerd in DNW-LLF.

Utilisation
Met het resultaat kan DNW rechtstreeks betere windtunneltesten op de wereldwijde markt te zetten voor vliegtuigen met geïnstalleerde motoren. Dit is bijvoorbeeld ook van belang voor het Nederlandse NAC (Netherlands Aerospace Company).
De resultaten van het onderzoek zijn tevens voor Airbus van belang om de aerodynamische en akoestische rekenmethoden nog nauwkeuriger te maken en betere specificaties van windtunneltesten aan DNW te geven. Dit is van essentieel belang voor de ontwikkeling van de motoren van de toekomst, waaronder efficiënte en geluidsarme CROR motoren.

Projectresultaten
De CFD/CAA rekenmethodiek is opgebouwd, toegepast en vergeleken met windtunnel- metingen. Daarmee is de methodiek gevalideerd en verbeterd.

Development of foldable propeller

Project partners
Industry (NL): PAL-V, CompoWorld
Industry (EU):
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 233.997
– Funded by TKI: € 78.000
Duration: 2017-05-01 to 2019-12-31

Background
PAL-V is a Personal Air and Land Vehicle capable of driving on the road with more than 170 km/h and flying up to a Vne of 180 km/h (http://www.pal-v.com ). In flying mode, the gyrocopter principles are used. In drive mode, the push propeller of the PAL-V needs to be folded to meet the requirements for road use. The folding hinge is located in the blade root.

Goals
The project goal is the development of a foldable push propeller for the PAL-V vehicle. The design of the propeller, in combination with the developed manufacturing process, shall enable production of propeller blades with a minimal scrap rate at affordable cost. At the end of the project, there should be a fully functional foldable propeller design and a manufacturing process that will most likely meet all certification requirements without further iterations.

Utilisation
A foldable propeller has been designed using certified materials and the press process developed for foldable rotor blades. The design and the manufacturing process can comply with the certification specifications for propellers. The project achievements enable PAL-V to manufacture and use high end technology for their foldable propellers at affordable cost. Furthermore the additional costs for certification will be relatively low due to the robust, repeatable manufacturing process and the use of certified materials. The prototype propellers are fully functional and can be used for flight testing of the PAL-V vehicle.

Projectresultaten
Op basis van geometrische input van PAL-V (bladprofiel) en de certificatiespecificaties voor propellers (EASA CS-P) is een opvouwbare propeller ontworpen. Hierbij zijn dezelfde composietmaterialen en hetzelfde fabricageproces als voor de PAL-V rotorbladen toegepast. Hierdoor wordt het certificatieproces en de procesbeheersing vereenvoudigd en goedkoper, terwijl de materiaalkosten ook lager worden. Inmiddels zijn 3 propellersets gefabriceerd, 1 demoset en 2 functionele sets. De 1e functionele set zal worden gebruikt voor mechanische testen. De 2e set zal gebruikt worden voor vliegtesten, die voor PAL-V erg belangrijk zijn voor het vergaren van data.
Er zullen nog 4 propellers gemaakt worden die PAL-V in zal zetten bij testen en certificatie. Het is de verwachting dat de ontwikkelde propellers ongewijzigd toegepast kunnen worden op het productiemodel PAL-V Liberty.

Development of foldable rotorblade

Project partners
Industry (NL): PAL-V, CompoWorld
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 269.952
– Funded by TKI: € 89.933
Duration: 2014-10-01 to 2016-09-30

Background
PAL-V is a Personal Air and Land Vehicle capable of driving on the road with more than 170 km/h and flying up to a Vne of 180 km/h (http://www.pal-v.com ). In flying mode, the gyrocopter principles are used. In drive mode, the rotor of the PAL-V needs to be folded to meet the requirements for road use. To enable this, a folding hinge is located in the middle of the blade. The rotor blade sections therefore have a length of approximately 2.5 meters. Folding the rotor must be fairly easy for the PAL-V user and should have a small chance for errors.

Goals
The project goal is the development of the second generation foldable rotor blade for the PAL-V vehicle. The design of the rotor blade, in combination with the developed manufacturing process, shall enable production of rotor blades with a minimal scrap rate at affordable cost. The rotor blade design should most likely meet all certification requirements without further iterations.
In this cooperative project, NLR will develop knowledge regarding the design and performance of foldable rotor blades that comply with the certification specifications. Furthermore it will develop a reproducible manufacturing process for these rotor blades.

Utilisation
Within the project a design for the foldable rotor blades has been developed. It consists of a metal midhinge and composite blades. The hinge is free flapping during flight which is a unique technical novelty. Furthermore a simple and robust manufacturing technology based on press curing using prepregs has been developed. The design and manufacturing process can comply with the certification specifications. The project achievements enable PAL-V to manufacture and use high end technology for their rotor blades at affordable cost. Furthermore the additional costs for certification will be relatively low due to the robust, repeatable manufacturing process and the use of certified materials.

Projectresultaten
Op basis van een prototypeblad van PAL-V (bladprofiel) en de certificatiespecificaties voor de PAL-V (EASA CS-27) is een opvouwbaar rotorblad ontworpen. Het rotorblad is in het midden voorzien van een metalen scharnier dat vrij kan bewegen tijdens de vlucht. Dit maakt de rotorbladen uniek maar ook zeer
complex om te ontwerpen. Voor de rotorbladen is een relatief eenvoudig en robuust fabricage- proces ontwikkeld. Hierdoor wordt zowel de procesbeheersing als het certificatieproces vereenvoudigd en goedkoper, terwijl de materiaalkosten ook lager worden.

Advancement of acoustic array technologies for aeronautical wind tunnel testing

Project partners
Industry (NL): DNW
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 2.376.554
– Funded by TKI: € 563.878
Duration: 2014-09-01 to 2018-05-31

Background
Current best practice is to perform a dedicated wind tunnel test campaign for aerodynamic measurements and carry out a separate campaign for acoustic measurements using the open test section. This means that wind tunnel testing time is doubled and therefore the expenses as well. Phased array techniques allow to perform acoustic tests in closed test wind tunnels, however the current state-of-the-art needs to be improved to obtain the results required by aircraft manufacturers. Two problems were identified and are tackled in this project: (1) array measurements can only measure source directivity on a limit number of positions and (2) out-of-plane source often hamper source location efforts and measurements of the absolute noise levels.

Goals
A unique-selling-point of the DNW-LLF is its acoustic measurement capabilities. This proposal aimed to further advance acoustic measurement techniques in closed-test-section wind tunnels. This specific goals were targeted:

  1. Development and evaluation of a modular noise algorithms to translate model scale array measurements into full-scale Effective Perceived Noise Levels (EPNL) for noise certification conditions,
  2. Development and testing of an autofocus beamforming algorithm to allow three dimensional location of acoustic noise sources.

Utilisation
The innovations enable DNW to offer state-of-the-art, high quality acoustic measurement techniques to its customers. The need for an expensive dedicated acoustic measurement campaign is reduced, since the value of closed-test section acoustic measurements is improved for aircraft manufactures now the results can be expressed in EPNL, also enhancing the competitive position of DNW.

Projectresultaten
Using empirical noise models for aircraft components a prediction suite ENOISE was developed that allows ad- hoc calibration of the component-models based on beamforming source map. This enables extrapolation of the measurements to arbitrary directivity angles and calculate aircraft EPNL at ICAO certification points.

A three dimensional source location algorithm ALTRE was developed based on tomography, a technique also used in medical imaging (e.g. CET-scans). The technique was successfully demonstrated on a landing gear in a small scale facility and on a aircraft model in the DNW-LLF.

High-pressure pipes by continuous pull-winding technology

Project partners
Industry (NL): ACP Technology, CompoWorld
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 35.772
– Funded by TKI: € 11.934
Duration: 2014-04-01 to 2016-01-31

Background
Common practice for high pressure pipes is to use a thermoplastic inner tube (or liner), and glass or carbon reinforcement fibres, impregnated with a thermoset resin, winded onto this thermoplastic inner tube. This effectively results in a pipe with a thermoplastic liner and a thermoset reinforcement tube.

Goals
In this project research will be done on a new concept, in which a thermoset resin is used for both the liner and the reinforcement tube.
It is expected that the increased flexibility of the thermoset resin in combination with the high production quality and large design freedom, will result in a spoolable thermoset pipe that allows for application of much higher pressures. Current thermoset composite pipes have only been used in low pressure (up to 40 bars) applications and can be described as rigid pipes.

Utilisation
In this project the limits for application of the current thermoset resin material in high pressure tubes have been clearly identified. These limits are much higher than the current low pressure application. The research also results in a thorough understanding of the failure mechanism in high pressure tubes, i.e. the root cause for failure of the liner/pipe. This, in turn, gives clear directions for the further development of the thermoset matrix material in order to increase the allowable pressure even further.

Projectresultaten

  • A feasibility study has been performed for the application of the thermoset manufacturing technology in two different pipes:
    – a small 1 inch diameter ultra-high pressure pipe with working pressure 1.000 bars;
    – a larger 4 inch diameter pressure pipe with working pressure 100 bars.
  • Analyses show that, even when accounting for the beneficial effects of hydrostatic pressures that develop in the liner and matrix of the reinforcement tube, the pressure in the 1 inch diameter pipe is too high for the current thermoset matrix material.
  • The maximum operating pressure that can be allowed is 600-700 bars instead of 1.000 bars (considering a required safety factor of three times the working pressure). Failure will occur either by cracking of the liner (which will lead to weeping) or by collapse of the reinforcement tube induced by matrix cracking.
  • Improvements must be sought in the further development of the thermoset matrix material, i.e. a more rubber-like resin system with a higher Poisson’s ratio and higher strain limit.
  • For the 4 inch diameter pipe the internal overpressure is not the main design driver; instead, the coil diameter of maximum 40 times the tube diameter is the most critical requirement.
  • Three different designs have been developed. All fulfil the requirements, but each has its own specific advantages and disadvantages.

Onderzoek naar lange duur gedrag glasvezelversterkt thermoplast onder verschillende omgevingscondities

Project partners
Industry (NL): Airborne Oil & Gas, CompoWorld
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 258.278
– Funded by TKI: € 86.174
Duration: 2014-01-01 to 2015-12-31

Background
In dit project wordt onderzoek gedaan naar glasvezelversterkt polyetheen en polypropyleen. Deze materialen worden onder andere gebruikt voor het aanmaken van olietransportbuizen voor toepassingen in de diepzee. De materiaaleigenschappen onder deze condities zijn relatief onbekend, maar dienen wel bekend te zijn om in een vroeg stadium in het ontwerpproces de eigenschappen van buizen te voorspellen. Met name veroudering van de materialen als gevolg van langdurige belastingen in combinatie met blootstelling aan chemicaliën is onbekend. Met de kennis die in dit project wordt opgedaan kan het ontwerpproces van de olietransportbuizen efficiënter worden uitgevoerd.

Goals
Doel van het project is om voor de genoemde materialen de relatie tussen belasting en gebruiksduur te bepalen in een representatieve omgeving. Daartoe zijn een aantal testopstellingen gerealiseerd waarin testcoupons in een container met een agressief medium (Norsok oil) bij 60 ºC geplaatst worden en belast kunnen worden met een constante belasting. Tijdens de test worden diverse coupons tegelijk getest met verschillende belastingen, resulterend in een langere (lage belasting) of kortere (hoge belasting) levensduur. Uiteindelijk doel is om een de belasting te definiëren waarbij een levensduur van 10.000 uur bereikt wordt.

Utilisation
Door uitvoering van dit project bouwt het NLR kennis over materialen op, waarmee diepzee olie- en gaswinning met een grotere effectiviteit (men kan dieper boren dan met traditionele metalen pijpen) en met minder risico’s voor het milieu (composieten buizen zijn minder vermoeiingsgevoelig en corroderen niet) kan worden uitgevoerd.

Projectresultaten

  • Door het NLR is een aantal testopstellingen ontworpen en gebouwd voor het uitvoeren van kruiptesten en vermoeiingstesten aan glasvezelversterkte PP- en PE-proefstukken. Alle opstellingen zijn geschikt voor testen in giftige vloeistoffen bij verhoogde temperatuur tot 60 °C en voldoen aan de geldende milieu- en ARBO-normen.
  • In totaal zijn 17 verschillende testprogramma’s uitgevoerd en gerapporteerd. Het merendeel van de testen had betrekking op het uitvoeren van testen in een NORSOK-vloeistof bij 60 °C. Onder deze condities zijn vermoeiingstesten en kruiptesten uitgevoerd waarbij de materiaalgegevens van met name PE/glas-materiaal bepaald zijn.

AEROGUST (AEROelastic GUST modelling)

Project partners
Industry (NL):
Industry (EU): Dassault, Airbus Defence & Space, …
Research organisations: NLR, DLR, …

Budget en looptijd
Total project budget: € 4.589.986
– Funded by TKI: € 336.665
Duration: 2014-09-01 to 2018-09-16

Background
Tijdens het ontwerp en van modificaties van vliegtuigen is kennis van de belastingen bepalend voor de sizing-analyse van vliegtuigconstructies. Een te conservatieve afschatting kan leiden tot een te zware, en daarbij minder competitieve, constructie. Belastinganalyses zijn voor bijvoorbeeld Fokker Aerostructures al in de proposalfase van cruciaal belang. Een onnauwkeurige schatting van de belastingen kan leiden tot een veiligheidsprobleem. Bij modificaties en retrofit-activiteiten door bijvoorbeeld Fokker Services moet dit uiteraard voorkomen worden. In veel gevallen vormen belastingen veroorzaakt door gust de kritische belastingen van een vliegtuig.

Goals
In het project wordt kennis opgebouwd om de huidige rekenmethode voor gust-belastingen te verbeteren in termen van de nauwkeurigheid, efficiëntie en modellering van onzekerheden. De volgende onderzoeksvragen zullen worden beantwoord:

  1. Hoe nauwkeurig zijn de aannamen in de huidige modellering van gust, wat zijn de gevolgen in de berekende belastingen?
  2. Hoe kan de huidige rekenmethode van gust-belastingen worden verbeterd met behulp van een geavanceerd aerodynamisch model, bijvoorbeeld CFD, waarbij de afhankelijkheid van experimentele data verminderd wordt?
  3. Hoe kunnen de onzekerheden in het model worden gekwantificeerd en in analyse worden meegenomen?

Utilisation
De resultaten van het onderzoek kunnen rechtstreek worden ingezet om NL-industrie beter te ondersteunen in de afschatting van vliegtuigbelastingen ten gevolge van gust- en vliegtuigbelastingen in het algemeen.

Projectresultaten
De huidige (lineaire) aanpak om gustbelastingen te berekenen voldoet voor conventionele vliegtuigen. Voor toekomstige vliegtuigen (flexibele constructie met lager gewicht) heeft het project voorbeelden laten zien waarbij de gustbelastingen in een aantal cases te conservatief en in andere cases te optimistisch worden voorspeld door de huidige aanpak, in vergelijking met nauwkeuriger, niet-lineaire methodes. Daar voldoet de huidige aanpak niet.
Het NLR heeft een efficiënte CFD methode ontwikkeld voor het voorspellen van gustbelastingen. De CFD resultaten kunnen via Reduced Order Modeling worden gebruikt om de talloze load cases voor certificatie in korte tijd door te rekenen. Ook kunnen de CFD resultaten worden gebruikt voor correcties in de lineaire modellen, maar de validiteit van deze correcties voor korte gusts moet nog verder onderzocht.
Het project heeft ook het inzicht opgeleverd dat Uncertainty quantification methodes kunnen tegen geringe extra rekentijd een goede indruk geven van de onzekerheid in extreme of gecorreleerde belastingen, gegeven de onzekerheid in de constructie. Om deze methodes met vertrouwen in te kunnen zetten voor certificatie- doeleinden is kennis van de onzekerheden in de constructie vereist.

Ontwikkeling composieten bodemplaat

Project partners
Industry (NL): Corellian, CompoWorld
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 134.986
– Funded by TKI: € 44.988
Duration: 2015-05-01 to 2016-12-31

Background
In dit samenwerkingsproject zal onderzoek gedaan worden naar, en kennis opgebouwd worden over vacuüminjectie van laminaten in combinatie met reactieve thermoplasten, en toepassen van gerecyclede composieten. Met de kennis die opgebouwd wordt kan een materiaal-procescombinatie gekozen worden die afgestemd is op een lager productievolume.

Goals
In het project zal een composieten bodemplaat ontwikkeld worden die onder bestaande en nieuwe auto’s kan worden aangebracht . Het innovatieve ontwerp van de bodemplaat en de gewichtsreductie t.o.v. een metalen bodemplaat zal naar verwachting leiden tot significante brandstofbesparingen.

Utilisation
In het project is onderzoek gedaan naar combinaties van fabricage methoden en composiet materialen om grote vlakke of licht gekromde composiet plaatdelen te fabriceren voor verschillende seriegroottes. Specifiek is gekeken naar kleine productie series (< 100 stuks) en het verlagen van de recurring costs welke grote invloed op de kostprijs hebben voor kleine series. Door de opgedane kennis kan de (inter)nationale concurrentiepositie van de Nederlandse maakindustrie verbeterd worden. Projectresultaten

  • Als onderdeel van een Preliminary Design Review zijn drie mogelijke productiemethoden voor de bodemplaat onderdelen vastgesteld. Om de meest geschikte methode te bepalen is een trade-off gemaakt. Hieruit kwam naar voren dat een koolstof/epoxy prepreg materiaal gecombineerd met ovenuitharding de beste productiemethode is.
  • Tijdens de Detailed Design Phase is het ontwerp geoptimaliseerd met betrekking tot het aantal onderdelen, de stijfheid, sterkte en aantal ophangpunten.
  • Er zijn twee complete bodemplaten geproduceerd.
  • Er is een kostenanalyse gedaan op basis van een seriegrootte van 1.000 stuks voor de geselecteerde productiemethode. Daarnaast zijn er nog twee kostenanalyses gemaakt van een alternatief proces met droge vezels en een deels geautomatiseerde variant van de geselecteerde methode. Hieruit is gebleken dat de materiaal- en arbeidskosten de grootste kostendrijvers zijn.

Smart Industry Fieldlab: ACM

Project partners
Industry (NL): Ampyx Power, Bright Composites, Corellian, Fokker Landing Gear, Label/Breed, Kaptein Roodnat, Omron Europe,   PAL-V Europe, VABO Composites-
Research organisations: NLR, Fontys, TNO, TU Delft, Windesheim

Budget en looptijd
Total project budget: € 5.950.000
– Funded by TKI:  € 328.839
Duration:  2016-xx-xx to 20xx-xx-xx

Background
Composieten producten bestaan uit dunne laagjes basis materiaal (laagdiktes variëren tussen de 0.2 mm en 0.4 mm). Dit basis materiaal bestaat over het algemeen uit een mix van vezels (vaak koolstofvezels) en een hars. Deze laagjes worden tot op heden vooral handmatig neergelegd. Hierdoor is de productie van deze composiet producten zeer arbeidsintensief. Kostenbesparingen zijn te realiseren door:

  • de handmatige lamineerprocessen zo veel mogelijk te reduceren;
  • het verhogen van de reproduceerbaarheid van het fabricage proces;
  • het verminderen van afvalpercentages en uitval van halfproducten tijdens het fabricageproces.

De beoogde kostenbesparingen zijn te realiseren door een verregaande invoering van automatiseringsconcepten tijdens het composieten fabricageproces via standaard robotsystemen. Door deze robotsystemen te voorzien van andere en programmeerbare “koppen” wordt de inzetbaarheid van deze systemen sterkt vergroot en kunnen kleinere series kosten efficiënter aangeboden worden. Dit zijn bij uitstek de productie aantallen waar de Nederlandse MKB kansen ziet.

Goals
private partijen in staat te stellen om in nauwe samenwerking met het NLR composieten constructies te ontwikkelen en de daarvoor benodigde geautomatiseerde fabricagetechnologieën;
intensief samen te werken met het onderwijs om nieuwe kennis op te bouwen en bestaande kennis uit te breiden, die dan weer ingezet en overgedragen kan worden in samenwerkingsprojecten met het MKB.

Utilisation
Door de samenwerking met de partners in de verschillende werkpakketten ontwikkelt het NLR (additionele) “Automated (Robot Based) Composite Manufacturing Technologies”. Hiermee wordt een belangrijke stap gezet om de recurring kosten van composietproducten te verlagen, de reproduceerbaarheid te verhogen en het afvalpercentage te verminderen. Dit is van groot belang om de (inter)nationale concurrentiepositie van de Nederlandse maakindustrie (zowel aerospace als niet-aerospace) te verbeteren.

Optimalisatie fabricage composieten constructiedelen voor hoge temperature - HiTeC - High Temperature Composites

Project partners
Industry (NL): Fokker Aerostructures, Fokker Landing Gear
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 270.000
– Funded by TKI:  € 90.000
Duration:  2015-04-10 to 2016-12-31

Background
De tot op heden in composieten gebruikte epoxyharsen zijn niet bestand tegen de hoge temperaturen in bijvoorbeeld vliegtuigmotoren of motoruitlaten. Met zogenaamde Bismaleimide (BMI)-harssystemen is het mogelijk composieten constructies te vervaardigen die hoge temperatuurbelastingen kunnen verdragen. BMI is interessant voor bijvoorbeeld Fokker en Airborne voor de productie van uitlaten en de ophanging van vliegtuigmotoren, en de mogelijkheden om BMI-composietdelen van de F35 te kunnen repareren met een gelijkwaardige hogetemperatuurcomposietsysteem.
BMI-harssystemen hebben echter een aantal eigenschappen die de verwerking ervan bemoeilijkt. Dergelijke hogetemperatuurharssystemen dienen op een hogere temperatuur worden uitgehard dan epoxy, wat gevolgen heeft voor de mallen, maar ook voor gereedschappen en hulpmiddelen zoals vacuümzakken, scheidingsfolies, harsinjectieslangen, etc. Deze hulpmaterialen moeten de hoge verwerkingstemperatuur maar ook corrosieve aard van BMI aankunnen.

Goals
In dit samenwerkingsproject zal onderzoek gedaan worden naar, en kennis opgebouwd worden over het ontwikkelen van kostenefficiënte productietechnologieën voor het fabriceren van hogetemperatuur composieten constructiedelen.

ALGesMo (Advanced Landing Gear Sensing and Monitoring)

Project partners
Industry (NL): Technobis Fibre Technologies BV
Industry (EU): Airbus, Meggitt
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 3.123.554
– Funded by TKI: € 510.010
Duration: 2016-09-01 to 2020-12-06

Background
Landing gears are designed according to the Safe-Life philosophy yielding a fixed number of load cycles. The true loads on landing gears are not measured and the gear is replaced when it reaches the design life, irrespective of the remaining life. By measuring the loads on the landing gears the usage life can be improved. Apart from this various other important quantities can be measured such as: accurate detection of hard landings, weight on wheels, air- ground transition, braking forces.

Goals
Several systems have been tried in the past to measure the loads on a landing gear. These all failed for one reason or the other. A new very promising approach is to measure the loads with the use of optical fibre Bragg grating (FBG) sensors, which offer several advantages over traditional sensors, such as low weight, no EMI and robustness for harsh environments. In the project a complete sensor system will be developed and tested on ground and in-flight.

Utilisation
Within this project NLR supports the monitoring system development with numerical simulations of the landing gears to develop the sensor system, the full ground testing of the sensor system and the development of the various algorithms for the final health and usage monitor system. The Dutch company Technobis integrates their advanced optical fibre interrogator system within the electronic components of Meggitt into a system that can be installed in the electronics bay of civil aircraft.

Projectresultaten
A finite element model of the landing gears have been developed and used in the design of the test rig and sensor system, for example optimal position and orientation of the FBG sensors. The test rig, to calibrate and test the whole sensor system before a flight test will be conducted, has been developed and built at NLR.

Meggitt developed a prototype of the electronics hardware (Fibre Optic Processing Unit) that can be mounted in the electronics bay of an aircraft. A prototype of the sensors is in development at Meggitt.

Antenne-integratie in rompdelen

Project partners
Industry (NL): GKN Fokker
Industry (EU):
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 138.788
– Funded by TKI: € 69.566
Duration: 2016-10-01 to 2018-01-21

Background
These days a large number of antennas need to be installed on aircraft for communication, navigation and surveillance. The sheer number of antennas leads to overcrowding on the surface areas of the aircraft that are suitable for locating the antennas, and, for smaller aircraft, the problem is already so severe that fewer antennas than desirable are being fitted by the aircraft owners. In order to maintain the aerodynamic performance of future aircraft and to limit costs of development and certification of aircraft, aircraft manufacturers and aircraft owners have a strong interest in developing new technologies and concepts to integrate antennas in composite aircraft skins.

Goals
In this project two types of antenna integration have been investigated:
• integration of a VHF communication antenna and
• integration of a GNSS navigation antenna.
For both antenna types the RF requirements have been derived and the mechanical constrains have been determined. Subsequently several antenna designs have been compared with respect to feasibility of integration into the fuselage.

Utilisation
The results of the project can be used to support antenna integration requirements of the Dutch industry like GKN Fokker Aerostructures. The results can be used by Fokker to carry out dedicated antenna integration projects for their customers. The results will also be used in the ACASIAS project (Advanced Concepts for Aero-structures with Integrated Antennas and Sensors). In the ACASIAS project the concepts derived in this project will be developed to a higher Technology Readiness Level.

Projectresultaten
For the integration of the VHF antenna in the FML fuselage two specific solutions were considered: a slot antenna in combination with a High Impedance Surface (HIS) and a slot antenna in combination with a Parallel Plate Resonator (PPR). Both the HIS and the PPR are used to prevent radiation to the inside of the fuselage and at the same time provide for a proper radiation pattern outside the fuselage. Electromagnetic simulations were carried out for the HIS and PPR taking into account the limitations of the aircraft structure.
For the integration of the GPS antenna in the FML fuselage a stacked patch (microstrip) antenna was considered. Microstrip antennas (patch antennas) radiate only in one hemisphere. Stacking of the patches (with slightly different dimensions) increases the bandwidth of the antenna. Electromagnetic simulations were carried out for a stacked patch antenna.

Research on smart wind tunnel correction methods

Project partners
Industry (NL): DNW
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 1.156.480
– Funded by TKI: € 246.000
Duration: 2014-09-01 to 2016-09-30

Background
Wind tunnel testing is a key part of aeronautical research. However, the measurement data of any wind tunnel experiment is contaminated by the aerodynamic interference of the model mounting system and the tunnel walls. Tunnel interference is a complex subject, due to the fact that wind tunnel calibrations, tunnel wall and model support interference are closely related to each other. Therefore, interference continues to be a research item, particularly at high transonic Mach numbers.
The effects of wind tunnel interference to the aerodynamic characteristics of test articles can be assessed from flow solutions based on CFD technology. Computational methods like CFD have matured to a level which allows for the simulation of the transonic flow over a test article in a wind tunnel and free air environment. Combination of the two mentioned computational results provides the increments related to wind tunnel interference. The virtue of CFD methods is the ability to accurately predict increments and is therefore a valuable tool to address the aerodynamic interference of a wind tunnel. The answers provided by CFD also allow for a critical examination and improvement of existing wind tunnel correction procedures that are based on lower fidelity flow physics models, e.g. linear compressible flow. The largest benefit of CFD based wind tunnel interference appears in the high-lift and/or high transonic Mach number flow regimes, where HST-DNW clients have also their key interest.

Goals
The objective is to predict the support and wall interference to a test article in the DNW-HST wind tunnel at high transonic Mach numbers. Independent sets of support arrangements are defined to quantify the support interference effects in terms of aerodynamic characteristics. The predicted and measured pressure signature on the tunnel walls will be compared to verify the computational procedure for wall interference assessment.

Utilisation
The answers provided by CFD also allow for a critical examination and improvement of existing wind tunnel correction procedures that are based on lower fidelity flow physics models, e.g. linear compressible flow.

Projectresultaten
The work concerns the prediction of the support interference of a rear-fuselage support system to a test article in the DNW-HST wind tunnel at high transonic Mach numbers.
Numerical calibrations are established for support systems to set the reference flow conditions in the empty test section of the tunnel. A novel support system is designed for low interference at high Mach numbers. The calibration results are subsequently employed to set the flow for a test article at high Mach numbers. The flow solutions for the numerical calibrations of support systems show a high degree of correlation with experimental data in terms of pressure distributions, indicating that the numerical procedure can be employed to set the reference flow in the tunnel. The flow solutions for the test article and model support systems also showed a good agreement in terms of the numerical and experimental pressure signature on the tunnel walls. The support interference of the support system to the aerodynamic characteristics of the test article is determined in terms of increments to the free flight aerodynamic characteristics . The predicted support interference increments to the lift and drag showed a high level of consistency for independent sets of support arrangements. The numerical interference increments are compare to those obtained by an experimental procedure to quantify support interference effects.

Research into alternative measurement techniques for remotely controlled surfaces

Project partners
Industry (NL): DNW
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 242.890
– Funded by TKI: € 46.975
Duration: 2016-04-01 to 2016-12-31

Background
Wind tunnel models typically employ remote controls that set angles of control surfaces remotely. The remote controls currently in use have a dedicated angle measurement device that measures the actual angle setting the remote control is set at. The angle measurement is sometimes not as accurate as required and needs maintenance between tests.

Goals
The goal is to improve the remote control angle measurement systems currently used in wind tunnel models Additional possibilities of angle measurement devices for remote controls are investigated and a prototype is designed and manufactured to be used in a wind tunnel test to generate valuable data to assess the performance.

Utilisation
The results of this research lead to improved measurement results, better matching the CFD results, and a more efficient wind tunnel test for the (NL and abroad) industry.

Projectresultaten

  • Several angle measurement techniques have been studied.
  • Use of a direct optical measurements sensor within the remote control gives a direct measurement of the actual angle. This gives more accurate settings in the current remote controls as compared to the previously used sensors. Tests with prototype remote controls have been successfully been performed.

Research into Advanced Turbofan Propulsion Simulator Testing

Project partners
Industry (NL): DNW
Industry (EU):
Research organisations: NLR

Projectresultaten
Total project budget: € 555.353
– Funded by TKI: € 101.618
Duration: 2016-06-01 to 2018-07-31

Background
Today’s aircraft are, almost without exception, equipped with engine nacelles with integrated thrust reverser systems. DNW has built up testing capabilities to simulate the engine thrust reverser with TPS (turbofan propulsion simulator). To be able to also test future engines in DNW’s wind tunnel, this research is needed.

Goals
The unsteady loads on a TPS fan with, for example, variable pitch used for thrust reverser purposes will be studied. Furthermore, feasibility of designing and manufacturing an advanced TPS fan capable of withstanding these unsteady loads will be determined. A concept for mechanical design of the advanced TPS fan, including choice of material, will be delivered.

Utilisation
The results of this research lead to better insight in the loads on a TPS, in case future ultrafans need to be simulated. The results can be used in the future to realise this new TPS.

Projectresultaten

  • For several load cases, the unsteady loads on a TPS are calculated via CFD calculations. A fictive nacelle with fictive TPS fan rotor was designed and used for the calculations. It turns out that the maximum unsteady TPS fan loads are 10% on top of the 100% steady TPS fan loads. Because of this relatively small effect, material choice and choice of concept for the fan rotor is mostly determined by other effects such as acceptable static strength, possibility to set the blade angle, possibility of frequency tuning, etc. All effects that already typically need to be evaluated in classical TPS fan rotor design. The unsteady fan rotor loads will not change that.
  • At the start of the study, much higher unsteady TPS fan loads were expected and so it was desired to think about ways for monitoring the TPS fan loads during operation. The relatively small unsteady TPS fan loads might reduce the need for monitoring. However, a way to monitor TPS fan loads in general – both steady and unsteady – is still beneficial. A brief summary of potential ways for blade monitoring as available in literature is given, forming a good starting point for further research to apply such techniques in TPS testing.

Research on correction methods for strain gauge balances

Project partners
Industry (NL): DNW
Industry (EU):
Research organisations: NLR

Projectresultaten
Total project budget: € 455.819
– Funded by TKI: € 90.724
Duration: 2017-04-01 to 2018-12-31

Background
The accuracy with which aerodynamic forces and moments can be determined with a strain gauge balance is highly influenced by thermal effects. The phrase “thermal effects” embodies a broad number of physical temperature related effects that cause unwanted changes in the output of the strain gauges other than those caused by external loading on the wind tunnel model. Electrically these effects are perceived as zero output shift or drift and change in gauge sensitivity. There is a need for more accurate balance measurements, especially in terms of drag measurement. Therefore an improved approach of dealing with thermal effects is sought-after.

Goals
The project comprises of research into the improvement of correction methods to reduce the interference on force measurements done by using a strain gauge balance. To support this research a strain gauge balance and an air bridge will be designed and manufactured. Methods for correcting thermal effects within this balance will be studied in order to reduce the induced measurement error.

Utilisation
The results of this research lead to improved measurement results and a more accurate wind tunnel test for the Dutch industry.

Projectresultaten

  • A correction method for undesired thermomechanical strain in strain gauge balances was developed based on finite element analysis and thermal modal analysis.
  • The correction method was applied to a DNW-LLF internal sting balance and showed promising results in reconstructing the thermal error on the axial force component compared to test results and in correcting the axial force error.
  • The results of the correction method applied to the DNW-LLF internal sting balance were presented on the 11th International Symposium on Strain Gauge Balances in May 2018, Cologne, Germany.

Predesign of the structure for the RPA-3

Project partners
Industry (NL): Ampyx Power
Industry (EU): –
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 166.524
– Funded by TKI: € 41.855
Duration: 2015-08-01 to 2015-12-20

Background
With its PowerPlane® technology, Ampyx Power can bring about dramatic change in the energy sector. PowerPlanes will generate renewable power at cost levels far below fossil-fueled alternatives such as coal-fired power plants. This will allow utility companies and banks to invest in renewable power generation capacity while sustainability drivers and economic drivers point in the same direction.
The remotely piloted aircraft (RPA) is one of the elements of the PowerPlane® technology. This RPA is an innovative aircraft that generates efficiently power when connected to the tether, whereas it is able to safely land when disconnected from the tether. This requires ground-breaking development of aircraft technology.
The RPA is developed in a process during which prototypes of increasing scale and complexity are developed and flight-tested. This Public-Private Partnership is an essential step in the development of RPA-3, which is aimed to be the last scaled prototype before the development of the first production version. The RPA-3 is aimed to be tested in a real operational environment.
In this project NLR will combine its aircraft development knowledge and experience for existing aircraft with relevant existing scientific and technological know-how to predesign the highly innovative structure for the RPA-3, as an experimental step towards the completely new RPA product. It is envisaged that the Public-Private Partnership will extend to the full development of the structure in follow-on projects. This Public-Private Partnership is a follow-up of the predesign support project.

Goals
The objectives of the Public-Private Partnership are to confirm the feasibility of the structure of the RPA-3 and to develop the innovative preliminary structural design of the RPA-3.

Utilisation
The additional value for the TKI-programme is to enable the development of a competitive Dutch airborne wind energy product, which would otherwise be impossible without the aircraft knowledge from NLR. The results of the research can be directly used to support the Dutch industry in developing RPA.

Projectresultaten

  • In dit project is kennis opgebouwd van een nieuw type vliegtuig: een Airborne Wind Energy Systeem, de RPA-3, een vliegtuig aan een kabel
  • Verschillende ontwerpconcepten van de vleugel van de RPA-3 zijn onderzocht door middel van eindige elementen analyses om de geschiktheid van de ontwerpen aan te tonen
  • Van de staart van de RPA-3 zijn structurele ontwerpen gemaakt om te verifiëren dat het beoogde maximale gewicht haalbaar is
  • Er is geverifieerd dat de structurele en aerodynamische eigenschappen van de RPA-3 de beoogde vliegpatronen toestaan
  • NLR is door de opgebouwde kennis in staat om samen met AMPYX onderzoek te doen naar grotere Airborne Wind Energy Systemen, waaronder de RPA-4

INFlatable RAdiator Development

Project partners
Industry (NL): Airbus Defence & Space
Industry (EU):
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 99.129
– Funded by TKI: € 11.637
Duration: 2017-01-01 to 2018-03-31

Background
The INFRA concept (see figure for an artist impression) is based on H2020-COMPET-3-2015. It is an inflatable and deployable radiator analogous to a butterfly wing, whereby fluid provides the internal pressure to unfold the structure and provides heat transport from the payload to the radiating surface. The concept bears the promise of a compact stowed volume at reduced costs, and increased performance to be applied in all types of missions requiring inflatable structures such as radiators, solar area’s and radar systems.

Goals
To demonstrate feasibility of the INFRA radiator technology (TRL2-3) by development and integration of the following components:

  • Foil radiator based on Hiper technology
  • Foil structure for deployment under liquid pressure
  • Foil tubing connectors
  • Mini Pump Assembly
  • Two phase accumulator for controlling the deployment pressure

Utilisation
First application expected on small satellites to extend its radiator surfaces. Further development of the INFRA concept is expected to lead a competitive technology development on inflatable structures for space applications.

Projectresultaten

  • Deployment and thermal heat transfer tests were successfully conducted, proving the INFRA concept (TRL 3).
  • Disadvantage is the sensitivity for micro- meteoroids & space debris (MMOD) in geostationary orbits, requiring additional protection.
  • The INFRA project results were presented at the ICES 2019 conference in Boston.

SECOPS (An Integrated Security Concept for Drone Operations)

Project partners
Industry (NL): Delft Dynamics
Industry (EU): Unifly, SensoFusion
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 1.135.294
– Funded by TKI: € 222.365
Duration: 2017-10-01 to 2020-02-29

Background
Door het toenemende gebruik van drones, ook in de directe omgeving van mensen, is duidelijk geworden dat drones en bijbehorende informatiesystemen beveiligd moeten worden. Een drone bevat een computer, en net als een laptop moet een drone beschermd worden tegen digitale indringers.

Goals
De Europese Commissie heeft een visie ontwikkeld voor de gefaseerde invoering van procedures en diensten ter ondersteuning van veilige, efficiënte en beveiligde toegang van drones tot het luchtruim, genaamd U-space.

Gezien het sterk geautomatiseerde karakter van U-space is cyberbeveiliging van bijzonder belangrijk. Het doel van het project is een innovatief geïntegreerde beveiligingsconcept te ontwikkelen voor U-space zodat drone operaties beschermd zijn tegen onwettige inmenging door derden. Tevens zal voor het beveiligingsconcept worden gekeken naar geofencingtechnologie, zodat drones automatisch van bijvoorbeeld vliegvelden geweerd worden.

Utilisation
SECOPS zal een proof of concept van het beveiligingsconcept bevatten, waarbij COTS-technologie wordt geïntegreerd. Een realistisch scenario zal worden uitgevoerd in het Nederlandse RPAS-testcentrum (NRTC) om de innovaties aan te tonen.
De SECOPS resultaten zullen worden gebruikt als basis voor de beveiliging van drone operaties U-space.

Projectresultaten

  • Er is een cyber security risico-analyse uitgevoerd van het U-space concept om inzicht te krijgen in de beveiligingsrisico’s van drone operaties.
  • Een beveiligingsconcept is ontwikkeld om de geïdentificeerde risico’s op een acceptabel niveau te brengen.
  • De haalbaarheid van het beveiligingsconcept is aan de hand van een proof of concept succesvol aangetoond.
  • De beveiligingsvereisten en aanbevelingen van SECOPS zullen een belangrijke bijdrage leveren aan de veilige integratie van drone operaties in het Nederlandse en Europese luchtruim.

AIRPASS (Advanced Integrated RPAS Avionics Safety Suite)

Project partners
Industry (NL): Avular
Industry (EU): Saab, IAI
Research organisations: NLR, DLR, TU Braunschweig, TsAGI, University of Napoli Parthenope

Budget en looptijd
Total project budget: € 1.440.674
– Funded by TKI: € 165.560
Duration: 2017-01-01 to 2020-02-29

Background
De H2020-SESAR-2016-1 call richt zich op de belangrijkste onderzoeksvragen rondom de operatie van onbemande vliegtuigen die opereren op lage hoogte, inclusief de integratie met VFR-verkeer. Dit onderzoek is gesplitst in totaal 7 onderwerpen. Eén van die onderwerpen houdt zich bezig met het operationeel concept. De andere 6 kijken elk naar een ander aspect van de benodigde technologie die nodig is om dit concept mogelijk te maken. Het AIRPASS-project richt zicht op onderwerp 3 van de H2020-SESAR-2016-1 call: “aircraft systems”.

Goals
Doel van het project is het bestuderen van de technologieën die aan boord van drones nodig zijn en eventueel nog moeten worden ontwikkeld om een Unmanned Traffic Management (UTM) concept te implementeren. Via een UTM- concept wordt een economisch effectieve en veilige integratie van drones in het luchtruim beoogd. Het betreft hierbij operaties in zogenaamde “Very Low Level” (VLL) condities en onder zichtvliegvoorschriften. Het onderzoek betreft Detect & Avoid systemen voor zowel het coöperatieve als het niet-coöperatieve verkeer, autopilot systemen en Communicatie, Navigatie en Surveillance (CNS)-systemen. De functionele architectuur van AIRPASS ondersteunt de ontwikkeling van U-space services in eenvoudige omgevingen en maakt het de weg vrij voor de integratie van elke drone in de U-space.

Utilisation
Dit onderzoeksprogramma vormt een belangrijke stap in de ontwikkeling en het gebruik van onbemande systemen. Het onderzoek draagt bij aan het ontwikkelen van de verschillende benodigde subsystemen om operaties in een UTM-omgeving mogelijk te maken. Vanwege de verscheidenheid aan type drones en luchtruimen is een algemene functionele architectuur gedefinieerd, waarmee meerdere missies/toepassingen mogelijk zijn. De projectbevindingen kunnen worden gebruikt bij het ontwikkelen van standaarden voor drones die gebruik maken van U-space services. Deelname aan dit project geeft de kans om aan de basis te staan van deze ontwikkelingen.

Projectresultaten

  • Er is een analyse uitgevoerd van beschikbare boordtechnologieën voor drones
  • De hiaten tussen de beschikbare en benodigde technologieën/systemen, die nodig zijn om drones in een UTM / U-space concept te opereren zijn geïdentificeerd.
  • Het project bracht elke U-space service overeen met de belangrijkste elektronische componenten van een drone. Dit werd gebruikt om meer dan 60 basisvereisten te compileren voor een drone boordsysteemconcept in U-space omgeving.
  • Vanwege de verscheidenheid aan type drones en luchtruimen is een algemene functionele architectuur gedefinieerd, waarmee meerdere missies/toepassingen mogelijk zijn.
  • Certificering zal een cruciaal onderdeel zijn van de implementatie van U-space services, met name voor het vliegen buiten zicht (BVLOS), wat naar verwachting de standaard manier van vliegen in U-ruimte wordt.

Toolchain development for gas turbine blading optimization

Project partners
Industry (NL): Sulzer Turbo Services Venlo B.V.
Industry (EU):
Research organisations: NLR, TUDelft

Budget en looptijd
Total project budget: € 42.361
– Funded by TKI: € 8.472
Duration: 2017-10-02 to 2018-12-31

Background
Sulzer ziet een marktpotentieel voor het aanbieden van turbinebladen met een geoptimaliseerd aerodynamisch ontwerp aan gebruikers. Samen met het NLR en de TUD wordt onderzoek gedaan naar de mogelijke rendementsverbetering die gehaald kan worden door optimalisatie. Daarbij wordt een toolchain ontwikkeld voor optimalisatie van turbinebladen. Deze bestaat uit streamline-analyse, gas turbine performance-analyse en een optimizer.

Goals
Dit project beoogt een toolchain te ontwikkelen voor geoptimaliseerde turbinebladen voor retrofit.

Utilisation
De kennis die wordt opgebouwd in dit project en de te ontwikkelen ontwerp-toolchain zullen ingezet kunnen worden voor de Nederlandse industrie om componenten voor motoren te ontwerpen.

Projectresultaten
Het project bestond uit:

  • Set-up van een turbinemodel in AxStream en gasturbinemodel in GSP;
  • Ontwikkeling van een geoptimaliseerde ‘toolchain for turbine blade optimization’ gebruikmakend van AxStream en GSP.

Aan het einde van het project zijn de resultaten van deze werkpakketten gepresenteerd en opgeleverd. Dit bestond uit de ‘toolchain’, alsmede verkregen ‘blade geometries’ en ‘performance maps’.

Materials in extreme environments (PROF)

Project partners
Industry (NL): Fokker, Wärtsilä
Industry (EU):
Research organisations: NLR, TUDelft

Budget en looptijd
Total project budget: € 737.166
– Funded by TKI: € 45.069
Duration: 2016-01-01 to 2019-12-31

Background
The worldwide annual loss of engineering components and structures due to fatigue is estimated to be billions of dollars. Fatigue plays an important role in the aerospace industry and much knowledge has been gained that can also be used in other industrial sectors. NLR and Delft University of Technology have always been important players in the field of fatigue research, however in the last 25 years there has been little worldwide progress in fundamental insights on fatigue crack growth.

Goals
The objective of the project “Prediction of fatigue in engineering alloys (PROF)” is to improve the prediction of fatigue in aluminium and steel alloys and to transfer new insights on fatigue to industrial companies. In the project the NLR will perform accurate measurements of crack growth in aluminium and steel alloys that have to result in a better physical model of fatigue. Fatigue cracks are usually small for a long period of time and determining the crack growth rate of small crack is therefore important for the life prediction. The scanning electron microscope will be used to measure the crack growth rate for these small cracks. Subsequently, fatigue tests will be performed to measure the influence of the environment and variable loads. To model the effect of variable loads on fatigue a PhD position will be available at the Delft University of Technology.

Utilisation
New fundamental insights on the behavior of fatigue can contribute to the development of material with improved resistance to fatigue and the extension of the life of aging components and structures. The life of aircraft structures is determined by an increase in the chance of failure by fatigue. By accurate predictions of fatigue the life of the aircraft can be extended, which contributes to a sustainable use of energy and raw materials.

Projectresultaten
The mathematical concept of a pivot point is used to model crack growth with multiple exponents using a dimensionally correct equation. This approach allows fitting individual crack length vs. cycles (a-N) curves to obtain the fatigue crack growth rates without any noise. The results show that it is possible to fit every a-N curve of AA 7075-T7351 middle tension specimens tested with a constant stress range and even allows obtaining fatigue crack growth rates below the traditional threshold by increasing ∆K testing. The results lead to increased accuracy of material data and predictions and show that the current approach can replace the method of incremental polynomial fitting, which introduces noise and errors in the crack growth rate results. The approach is also used to investigate the effect of stress amplitude, thickness, test conditions and variable amplitude loading on the fatigue crack growth rate.

Laser Coating Removal certification testing and support

Project partners
Industry (NL): LCR
Industry (EU):
Research organisations: NLR

Budget en looptijd
Total project budget: € 122.874
– Funded by TKI: € 24.893
Duration: 2015-02-01 to 2019-12-31

Background
Kennis van (eigenschappen van) verfsystemen is noodzakelijk om te begrijpen hoe ze verwijderd kunnen worden en wat de mogelijke problemen bij het verwijderen van de verf kunnen zijn. Daarnaast is kennis van de verschillende substraatmaterialen en hun reactie op opwarming van belang om de toepasbaarheid van een hoog-vermogen laser voor het verwijderen van verf te kunnen beoordelen.
Ervaring met certificeren van processen voor de luchtvaart industrie is noodzakelijk om het proces van certificeren van laser coating removal robot te kunnen ondersteunen.

Goals
Opbouwen van kennis over verfsystemen en de interactie van lasers met verschillende (kleuren en types) verfsystemen, een beter begrip van de effecten op de materiaaleigenschappen van het gebruik van een state-of-the- art verf stripping systeem met een hoog vermogen laser beam.

Utilisation
De testen die in dit project uitgevoerd worden zullen inzicht geven in de interactie tussen de laser en de coating en de gevolgen die deze interactie heeft voor het onderliggende materiaal. Met dit inzicht is te beoordelen in hoeverre schade aan het onderliggende materiaal toegebracht zal worden bij het verwijderen van de coating m.b.v. een laser. Deze kennis is noodzakelijk om een laser te kunnen gebruiken voor het verwijderen van verf van een vliegtuig en om te kunnen adviseren hoe vaak dit gedaan kan worden zonder schade toe te brengen aan het onderliggende materiaal.

Projectresultaten

  • Voorbereidende vermoeiingstesten hebben geen statistisch significant verschil aan kunnen tonen in de verwachte levensduur van aluminium (AA2024-T3) panelen voorafgaand aan verfstrippen en panelen na 5 maal laser verfstrippen en opnieuw coaten. Een uitgebreider testprogramma volgt.
  • Oppervlakte-inspectie van 5 maal gestripte en opnieuw gecoate proefstukken toont aan dat de closed-loop regelaar van de laser goed functioneert. Er werden met optische- en scanning elektronen microscopie tot dusver geen ongeregeldheden aangetroffen op het gestripte oppervlak.
  • Resultaten van de inleidende testen geven vertrouwen voor succesvolle certificering van het proces. De resultaten zijn gerapporteerd in een NLR-rapport.