Waterinjectie maakt F-16 stiller (video)
Door water onder extreem hoge druk in de hete wolk uitlaatgassen, de jetblast, van een militaire straaljager te spuiten, neemt het geluid tijdens proefdraaien van een straalmotor hoorbaar af. Dit bijzondere principe werd afgelopen week voor het eerst én met succes op een F-16 uitgeprobeerd op Vliegbasis Leeuwarden. De uitkomsten van het onderzoek kunnen in de toekomst mogelijk worden gebruikt om het geluid van straalmotoren op de grond, en wellicht ook in de lucht, te reduceren.
“Dit is een hele grote stap voorwaarts voor de wetenschap. In Amerika is al wel met een schaalmodel en een losse motor getest, maar nu voor het eerst met een echte straaljager”, vertelt Theo van Veen, projectleider en initiator van het bijzondere testprogramma en werkzaam bij het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR).
Door water onder extreem hoge druk in de hete wolk uitlaatgassen, de jetblast, van een militaire straaljager te spuiten, neemt het geluid tijdens proefdraaien van een straalmotor hoorbaar af.
Testopstelling
De eerste uitdaging was het achteruit parkeren van de F-16 met zijn uitlaat, de nozzle, exact in het midden en op 25 centimeter van de metalen ‘waterring’. Waar bij een klok de cijfers van de uren zitten, zitten op de ring 12 slangen met hun spuitkop onder een hoek van 60 graden gericht op het midden van de jetblast en de ring.
Turbulentie
De slangen zijn aangesloten op een speciaal voor deze test aangeschafte pomp die 1000 liter water per minuut met een druk van maar liefst 56 bar kan opwekken. De pomp trekt water uit 2 containers met in totaal 70.000 liter. Op bijna 50 meter afstand, in een kwart cirkel aan de zijkant, staan 34 geavanceerde microfoons op de achterkant van de F-16 gericht. Die registreren eerst het geluid zonder waterinjectie en vervolgens met. Bekeken wordt welke invloed de afstand van de microfoons, het vermogen van de F-16 en de waterdruk op de uitkomsten hebben. Ook nemen de onderzoekers de weersomstandigheden, zoals temperatuur, windsnelheid en luchtdruk, mee.
Geluidgolven
Een highspeed-camera observeert vanaf de zijkant de ring en de jetblast. Van Veen: “We weten dat het water de luchtstroming verandert, waardoor de geluidgolven en de turbulentie verminderen. Dit zorgt voor de geluidreductie en het verdwijnen van het gekraak (uitschieters), waardoor het geluid beter te verdragen is. Wat we niet weten is hoe het water de luchtstroming precies verandert. Dat hopen we met behulp van de camera te zien.”
Opluchting
De waterring en de pomp werden vorige week voor het eerst in de praktijk gebruikt. De betrokken medewerkers van de NLR, de luchtmacht en de Nederlandse Defensie Academie waren dan ook zichtbaar opgetogen toen bleek dat de gehele testopstelling perfect werkte. De angst dat de enorme druk voor onaangename verrassingen zou zorgen, bleek onterecht. Toen de pomp werd aangezet kruisten de waterstralen elkaar precies in het midden. Met een draaiende F-16-motor zorgde het water voor een dampwolk van tientallen meters achter het vliegtuig.
“De ring blijkt stabiel”, concludeert Van Veen. “De slangen zijn slechts minimaal verschoven. Wij zijn zeer tevreden.” De op een betonblok gemonteerde waterring is echter nog geen standaard geluidsreducerend product, en ook is het in deze vorm niet in de lucht toepasbaar. Toch zien de betrokkenen de toepassingen al voor zich, ook voor vliegende jets. “Als we met behulp van camerabeelden weten hoe het water de luchtstroom verandert, kunnen we hetzelfde effect bereiken met metalen vormen in de nozzle, zonder verlies van vermogen en besturing.”
Dankzij vooronderzoek van de Amerikaanse wetenschappers Anjaneyulu Krothapalli en Jack Seiner was al bekend dat de optimale hoek van de waterinjectie 60 graden is. De 2 Amerikaanse wetenschappers doen al jaren onderzoek naar het onderwerp en zijn zelfs speciaal voor de gelegenheid naar Leeuwarden gekomen.
Hoewel er nog vervolgtesten plaatsvinden op vol afterburnervermogen en met maximale waterdruk, is de eerste sessie voor Van Veen al geslaagd. “De proefopstelling werkt perfect en we hebben al veel bruikbare resultaten. Van tevoren hadden we een geluidsvermindering van 6 tot 8 decibel berekend, maar na deze eerste test lijkt 10 decibel niet onwaarschijnlijk. Op grotere afstand van de jet betekent dat voor het menselijk oor een halvering van geluid.”