Hoe wordt een luchtmissie voor humanitaire hulp uitgevoerd?

In de context van humanitaire hulpverlening via luchttransport is de uitvoering van een missie nauwgezet gestructureerd in verschillende fasen: Pre-vlucht, In-vlucht en Post-vlucht. Elke fase bevat specifieke handelingen die essentieel zijn voor de succesvolle uitvoering van de missie. Deze handelingen worden vervolgens gekoppeld aan specifieke tijdsperioden die cruciaal zijn voor de werking van het systeem en de veiligheid van de operatie. In dit artikel wordt het proces van een luchtmissie in detail beschreven, waarbij wordt gefocust op de tijdsduur van elke stap en de benodigde voorbereidingen.

De In-vlucht fase beschrijft de werkelijke vlucht en bevat meerdere belangrijke stappen. Ten eerste is er de "Taxi"-fase, waarin het toestel zich verplaatst van de parkeerplaats naar de startbaan. In het geval van de luchthaven in Beira duurt deze verplaatsing ongeveer 2 minuten, gebaseerd op een rol-snelheid van 10 m/s. Na het starten is er de "Start"-fase, waarin het toestel klimt naar de cruisehoogte van 500 voet, wat ongeveer 30 seconden in beslag neemt. Eenmaal op kruishoogte begint het toestel aan de reis naar de doelunit, die gemiddeld 75 km van de stad Beira ligt. De "Cruise"-fase, die 22,5 minuten duurt, is het deel van de vlucht waarin het toestel zich naar de doelunit beweegt.

De afwerping van de pakketten is een kritieke stap die zorgvuldig moet worden beheerd om de impact te minimaliseren. Er zijn twee overwegingen voor de afwerping: het toestel kan zijn snelheid verminderen om de impact van de vallende pakketten te verlagen, of het toestel kan zijn horizontale snelheid volledig stopzetten om de richting en precisie van de afwerping te verbeteren, hoewel dit de impactenergie vergroot.

Na de afwerping herneemt het toestel zijn kruishoogte en begint de reis terug naar de luchthaven. De hele operatie in de unit duurt 17 minuten, inclusief de klim- en daalfases en de scanning van het gebied.

De tijdsduur van de volledige missie wordt geschat op 109 minuten, waarbij de vliegduur (de zogenaamde "block time") 67 minuten bedraagt. Dit betekent dat het daadwerkelijk vliegen van het toestel, van start tot landing, 67 minuten duurt. De andere tijd wordt besteed aan voorbereiding, laden, en nazorg.

Met het oog op de operatietijden van de luchtmissie is het belangrijk om te begrijpen dat de luchtoperaties per dag beperkt zijn tot ongeveer 10 uur, aangezien ze overdag moeten plaatsvinden vanwege het zicht en de veiligheid. Een enkel toestel zou in staat zijn om ongeveer vijf missies per dag uit te voeren. Echter, om de hulp binnen een kort tijdsbestek te leveren, zoals binnen 10 dagen, is een vloot van meerdere toestellen nodig. Een vloot van 14 toestellen kan bijvoorbeeld 750 eenheden binnen 10 dagen bedienen. Dit is essentieel voor het efficiënt leveren van hulpgoederen.

Een verdere afweging is de logistieke en veiligheidsimpact van het gebruik van luchtvoertuigen versus traditionele grondvoertuigen. De keuze voor luchttransport wordt vaak bepaald door de ontoegankelijkheid van bepaalde gebieden en de noodzaak om snel hulpgoederen te leveren. Hierbij is het belangrijk te begrijpen dat de inzet van meerdere luchtvaartuigen de operationele kosten en complexiteit verhoogt, maar tegelijkertijd de snelheid en effectiviteit van de hulpverlening verbetert.

Hoe beïnvloeden de interacties tussen rotor en vleugel de prestaties van de gyrocopter ACG2?

De hoofdtaak van de piloot bestond erin om de stuwkracht te verhogen en de yaw-as te controleren. Door de positieve helling van de romp was de invalshoek van de rotor groter dan de vereiste invalshoek voor de vlucht. Daarom werd de rotor versneld zodra de gyrocopter de grond raakte. Na de opstuiging werd de invalshoek van de rotor aangepast naar de juiste vluchtinvalshoek en steeg de ACG2 volgens de ingestelde stuwkracht. Tijdens de vlucht nam de rotatiesnelheid van de rotor toe tot ongeveer 450 tpm, afhankelijk van de vliegsnelheid en de stand van het trim-elevon. De vliegeigenschappen van de ACG2 werden als bevredigend beoordeeld. De piloot meldde dat er nauwelijks stuurinvoer nodig was tijdens de start- en klimfasen. Bij een gewicht van 37 kg, een tegenwind van 7 km/h en een pre-rotatie van 400 tpm was de afstand van de takeoff ongeveer 7 meter, zie Figuur 22.

Bij het analyseren van de prestaties tijdens de cruisevlucht lag de focus op de koppeling van de rotor en de vaste vleugel. De ACG2 is uitgerust met een verstelbaar elevon op de horizontale stabilisator om het draai-moment van de romp onafhankelijk van de rotor aan te passen. Het idee was om de invalshoek van de romp in de vlucht te veranderen om de belasting van de vleugel en rotor te manipuleren en de effecten op de roterdynamica en de vliegdynamica te traceren. Het ontlasten van de rotor vermindert de rotordruk, aangezien de invalshoek van de rotor kan worden verlaagd. Tegelijkertijd neemt de rotatiesnelheid van de rotor af en neemt de kracht van de rotor af. De verminderde rotatiesnelheid van de rotor in verhouding tot de voorwaartse snelheid verhoogt de advance-ratio van de rotor. Deze verhoging van de advance-ratio veroorzaakt een toename van de flappinghoek van de rotor. De piloot moet zo'n verhoogde flappinghoek corrigeren via de pitchbesturing. Vliegtuigeffecttests toonden aan dat de pitching momentcoëfficiënt van de romp zorgvuldig moest worden gekozen, vooral wanneer de rotor de enige actieve manier was om pitch en roll te controleren. De pitching momentcoëfficiënt die in de experimenten werd aangepast via het trim-elevon had een sterke invloed op de invalshoek. In de vluchtproeven werd het trim-elevon meerdere keren verhoogd om de rotor achtereenvolgens te ontlasten en de effecten van de verschuiving van de lift van de rotor naar de vleugel te traceren. Dankzij het lage risico voor de vliegendelen, dat inherent is aan het testen met geschaalde modellen, was het mogelijk om de testen uit te breiden tot de grenzen van het vluchtbereik.

De vluchtproeven gaven enkele belangrijke resultaten voor toekomstige toepassingen. Het blijkt dat de ACG2 in staat is om zeer korte start- en landingscapaciteiten te demonstreren. Het concept van een conventioneel landingsgestel bleek gunstig voor de startfase van de gyrocopter, maar onthulde enkele zwakke punten tijdens de landingsfase, vooral bij zeer lage landingssnelheden. De vliegeigenschappen voor starten, landen en cruisen waren goed. Bij hoge snelheid kunnen de interacties tussen de romp en de rotor leiden tot een gevaarlijke rotorontlasting die de autoriteit van de piloot vermindert en dit moet worden voorkomen. De resultaten van de windtunnel en de vluchtobservaties zijn coherent en leiden tot duidelijke ontwerpaanbevelingen voor toekomstige configuraties.

Hoe kunnen netwerktechnologieën de datalinkbetrouwbaarheid voor onbemande luchtvaartuigen verbeteren?

De inzet van onbemande luchtvaartuigen (UA) voor verschillende operaties vereist een robuuste en betrouwbare datalink, vooral wanneer deze luchtvaartuigen over lange afstanden opereren. In dit verband zijn er twee netwerktechnologieën die bijzonder geschikt zijn voor het onderhouden van verbindingen tussen de UA en de afstandspiloot: mobiele (terrestrische) netwerken en satellietnetwerken. Beide technologieën bieden de benodigde bandbreedte voor de meeste gebruiksgevallen die door Pak (2021) zijn geïdentificeerd. Inmarsat's SB-UAV-service biedt bijvoorbeeld wereldwijde dekking, met uitzondering van de extreme poolgebieden, en een doorvoersnelheid van 200 kbps (Inmarsat, 2020). Terrestrische netwerken, zoals LTE, kunnen in theorie honderden Mbps aan doorvoersnelheid bieden voor één gebruiker, maar deze capaciteit moet worden gedeeld met andere gebruikers binnen dezelfde cel, wat de beschikbare bandbreedte per gebruiker verlaagt. Tests uitgevoerd door de Bundesnetzagentur toonden aan dat 90% van alle mobiele gebruikers in Duitsland een doorvoersnelheid van ten minste 700 kbps ontvangt (Bundesnetzagentur, 2019).

De robuustheid van de datalink is nauw verbonden met het risico dat de missie voor het milieu met zich meebrengt en de veiligheidseffecten van de rol van de afstandspiloot. Wanneer het risico voor het milieu laag is, kan de robuustheid van de datalink ook laag zijn en vice versa. Als het veiligheidsimpact van de afstandspiloot ook laag is, kan de benodigde robuustheid van de datalink laag blijven. Alleen wanneer het risico voor het milieu hoog is en de veiligheidsimpact van de afstandspiloot ook hoog is, moet de robuustheid van de datalink noodzakelijkerwijs hoog zijn. Dit is samengevat in een tabel die vier scenario's weergeeft, afhankelijk van de risico's en de veiligheidsimpact.

De afstandspiloot en de UA maken in principe deel uit van hetzelfde virtuele particuliere netwerk (VPN). VPN's zijn een geschikte manier om publieke netwerkverbindingen te beveiligen via authenticatie en encryptie. De afstandspiloot is verbonden met de VPN-gateway via een lokaal netwerk of het internet. Dit betekent dat de afstandspiloot zich wereldwijd kan bevinden, zolang er maar een internetverbinding beschikbaar is. Ongeacht het gebruikte datalinknetwerk ziet de afstandspiloot de UA als een client binnen de VPN. De UA maakt gebruik van één of meerdere mobiele netwerken om verbinding te maken met de VPN, en een satellietnetwerk kan worden ingeschakeld als dekking, redundantie, of beide, nodig zijn.

VPN-bonding maakt het mogelijk om meerdere netwerkverbindingen te combineren tot één netwerkinterface, wat de stabiliteit en snelheid verhoogt. Dit biedt ook naadloze overschakelingen tussen de verschillende verbindingen, wat van cruciaal belang is voor de betrouwbaarheid van de communicatie. Bijvoorbeeld, VPN-bonding kan een datalink van 2 Mbps creëren uit twee 1 Mbps-verbindingen, en als een van de verbindingen uitvalt, blijft er een verbinding van 1 Mbps beschikbaar. VPN-bonding omvat ook automatische monitoring van de kwaliteit van de verbindingen en detectie van herstel.

Onze voorgestelde datalinkarchitectuur maakt geen specifieke communicatiestandaard voor de netwerken voor, en elk netwerk kan door een andere provider worden geëxploiteerd. De architectuur kan in principe werken met alleen een verbinding met een mobiel netwerk of satellietnetwerk. Afhankelijk van het missieprofiel, de risicobeoordeling en de dekking van het netwerk kan het nodig zijn om verbindingen met andere netwerken toe te voegen om het gehele missiegebied te dekken en de betrouwbaarheid op het vereiste niveau te verhogen.

Een voorbeeld: stel dat het mobiele netwerk van provider A alleen dekking biedt rondom de vertrekluchthaven. In dat geval moet het mobiele netwerk van provider B, dat de rest van het gebied rondom de aankomstluchthaven dekt, worden toegevoegd aan het netwerk van provider A om te zorgen voor dekking gedurende de gehele missie. Alternatief zou de UA kunnen verbinden met een satellietnetwerk dat het gehele operationele gebied dekt. Voor een naadloze werking moeten betrouwbare overschakelingen tussen de verschillende netwerken worden gewaarborgd zonder dat de afstandspiloot hierop hoeft in te grijpen.