De SORA (Specific Operation Risk Assessment) biedt een concrete implementatie van een kwalitatieve risicobeoordeling die de algehele risico's evalueert voor derden die gepaard gaan met het gebruik van onbemande luchtvaartsystemen (UAS). Het analyseert specifiek het kritieke verlies van controle van een operatie, wat centraal staat in de risicobeoordeling. Dit proces is gebaseerd op een zogenaamde 'bow-tie' analyse van de risicovolle gebeurtenis, waarbij de kans en de impact van incidenten worden afgewogen. Twee belangrijke risicodimensies worden hierin onderscheiden: het grondrisico en het luchtverkeersrisico.

Het grondrisico betreft de schade die veroorzaakt kan worden door een neerstortend voertuig aan mensen en kritieke infrastructuur op de grond. De grootte en het gewicht van het vliegtuig en de bevolkingsdichtheid van het gebied waarover het vliegt, zijn hierbij de bepalende factoren voor de risicoclassificatie. Het luchtverkeersrisico is sterk afhankelijk van de luchtstructuur waarin het UAS opereert. Deze twee risicaspecten worden geclassificeerd, en de combinatie van deze classificaties resulteert in een totale risicomaatstaf, de SAIL (Safety Assurance and Integrity Level).

Afhankelijk van de vastgestelde SAIL worden er specificaties opgesteld die de veilige werking van het systeem waarborgen. Het doel van deze aanpak is om de operationele veiligheid van UAS te garanderen zonder de noodzaak van een traditionele volledige certificatie. De 'bow-tie' argumentatie wordt vervolgens afgerond door de definitie van maatregelen die het verlies van controle tijdens de UAS-operatie kunnen voorkomen. Deze maatregelen worden aangeduid als operationele veiligheidsdoelen, waarvan de robuustheid toeneemt met de SAIL.

Het onderzoek binnen dit boek richt zich op de grenzen van de toepasbaarheid van dit concept. Voor dit doel is een combinatie van een relatief groot vliegtuig en een laag-risico-werkomgeving gekozen, met name boven dunbevolkte gebieden en onder de reguliere luchtverkeersluchten. Dit vermindert de impact van een verlies van controle, aangezien er minder kans is op botsingen met andere vliegtuigen of schade aan de grondinfrastructuur. De grote vraag is of de SORA-methode voldoende veiligheidsdoelen biedt om dergelijke operaties veilig te maken en of deze aanpak voordelen biedt ten opzichte van klassieke certificeringsmethoden.

Tijdens het project zijn drie versies van de SORA geanalyseerd: een vroege conceptversie, de officieel gepubliceerde versie 1.0 en versie 2.0. De evolutie van de risicoclassificaties in relatie tot het ALAADy-concept was bijzonder interessant. Aanvankelijk was de risicoclassificatie laag, wat wees op een significante vermindering van de certificeringsinspanningen, maar deze classificaties stegen naarmate de SORA zich verder ontwikkelde. Dit was mede te wijten aan het feit dat het project fungeerde als een grensscenario voor de test van de SORA. Het project heeft dus bijgedragen aan de integriteit van het SORA-concept.

Wat betreft de veiligheid in laagvliegoperaties boven dunbevolkte gebieden verschilt het begrip veiligheid van dat in de bemande luchtvaart. Normaal gesproken worden alle mogelijke maatregelen genomen om een crash te voorkomen en moet dit worden bewezen. In het geval van dit project kan het bewust beëindigen van een vlucht echter worden beschouwd als een adequate risicobeperkende maatregel. Aangezien het vliegtuig zich in zeer lage hoogtes bevindt, is de kans op een botsing met andere vliegtuigen extreem laag, omdat er waarschijnlijk geen andere vliegtuigen in dit luchtruim aanwezig zijn. Daarnaast maakt het vliegen boven dunbevolkte gebieden het zeer onwaarschijnlijk dat mensen of infrastructuur getroffen worden door een voorzorgslandingsactie.

De betrouwbaarheid van het vliegtuig in dit begrip van veiligheid is echter verbonden aan economische en milieuaspecten. De vereisten voor veiligheid vereenvoudigen het proces, aangezien de ontwikkeling van veiligheidskritieke hardware en software, zoals beschreven in de ARP4754 (SAE2010) en DO-178b/c (RTCA2011), de ontwikkelingskosten aanzienlijk verhogen. Grote delen van de ontwikkelingskosten worden dus geïnvesteerd in de betrouwbaarheid van het systeem. Deze processen zijn al tientallen jaren aanwezig in de luchtvaart, maar de complexiteit van de interactie van deze stappen maakt het moeilijk te bepalen welk veiligheidsniveau bereikt wordt door bepaalde processtappen toe te voegen of weg te laten.

In dit kader wordt de behoefte aan kostenreductie en onderzoek naar alternatieve certificeringsmethoden duidelijk. De SORA-methodologie en het onderzoek in dit boek focussen zich op deze aspecten van veiligheid, waarbij de invloed van risicobeoordelingen op toepasselijke gebruiksconcepten en systeemontwerpen wordt geanalyseerd. Daarnaast worden milieu-impact en sociale acceptatie van dit risicogebaseerde benadering ook bestudeerd, wat belangrijk is voor de acceptatie en toepassing van dergelijke systemen in de samenleving.

Wat betreft het grotere systeem komt er een reeks ontwerpeisen naar voren. Welke systeemarchitecturen zijn mogelijk en noodzakelijk voor zo'n veiligheidsaanpak? Hoe moet het lage-luchtverkeer worden uitgebreid om de gezamenlijke operatie van bemande en onbemande systemen te waarborgen? Wat betekent de benadering van operationele risico’s voor systeemcomponenten zoals datalink, controle-stations en aandrijfsystemen? De vraag naar vliegtuigconfiguraties is bijzonder belangrijk. Wat zijn de veiligheidskenmerken van de alternatieven in relatie tot het operationele risico, en welke methoden kunnen worden ingezet voor een veilige beëindiging van de vlucht? Al deze vragen worden onderzocht in dit boek.

Hoe wordt een HIL-simulatie gebruikt voor het testen van een vliegsysteem in gesloten-lusomstandigheden?

In het kader van het testen van luchtvaartsystemen, biedt de Hardware-in-the-Loop (HIL) simulatie de mogelijkheid om de prestaties van vluchtcontrollers in gesloten-lusomstandigheden te evalueren zonder daadwerkelijk een vluchttest uit te voeren. HIL-simulatie integreert fysieke hardware, zoals sensoren en besturingssystemen, met gesimuleerde vluchtomstandigheden. Dit biedt een gecontroleerde omgeving waarin de interactie tussen het systeem en de hardware nauwkeurig kan worden getest. De waarde van HIL-simulatie is bijzonder duidelijk in het geval van de ontwikkeling van vluchtcontrollers, waarbij het essentieel is om de controllers grondig te testen voordat ze in een echte vluchtoperatie worden ingezet.

In deze simulatie wordt bijvoorbeeld de visuele systeemstatus (VIS) van het vliegtuig geëmuleerd. Wanneer het vluchtcontrolesysteem (CIC) een commando geeft, zoals het inschakelen van de motorontsteking, wordt dit proces doorgestuurd naar de VIS-emulator via de dSpace-interface. De informatie wordt vervolgens naar het vluchtmechanische model gestuurd om de simulatie van de motorinstellingen te beheren. Dit feedbackmechanisme zorgt ervoor dat het gesimuleerde systeem reageert zoals een echt vliegtuig zou doen. HIL biedt dus de mogelijkheid om scenarios te testen die anders moeilijk of te risicovol zouden zijn om in een echte vlucht te simuleren, zoals ongewone toestanden die soms voorkomen.

De testomgeving in HIL-simulatie is bijzonder waardevol voor het testen van de vluchtcontroller, omdat deze de controller blootstelt aan een veel breder scala aan omstandigheden dan wat normaal mogelijk is in een vluchtproef. Het biedt de mogelijkheid om risicovolle maar potentieel voorkomende scenario's nauwkeurig te simuleren, wat essentieel is voor het ontwikkelen van robuuste luchtvaartsystemen.

Onderhoud van het luchtvaartsysteem speelt ook een cruciale rol in het testen van de algehele systeemfunctionaliteit. Naast reguliere controles van de luchtvaartuigen, zoals het inspecteren van de luchtframe, motor, avionica en kabelverbindingen, wordt het systeem regelmatig getest in een statische en dynamische toestand. Het doel van dergelijke systeemtests is om mogelijke storingen in een gecontroleerde omgeving te identificeren zonder dat de veiligheid van het personeel of het milieu in gevaar komt. Een systematische benadering van het onderhoudsproces is essentieel, vooral bij de frequente veranderingen in hardwareconfiguraties die typisch zijn voor het ontwikkelingsproces van een demonstrator.

Naast HIL-simulatie worden er ook grond- en taxi-tests uitgevoerd, die als fundamenteel onderdeel van het ontwikkelingsproces fungeren. Grondtests, zoals motorstart- en pre-roteratie-tests, worden uitgevoerd zonder dat het vliegtuig daadwerkelijk opstijgt. Dit stelt de ontwikkelaars in staat om de systemen in een realistische, operationele setting te testen zonder de risico’s van een daadwerkelijke vlucht. Bij taxi-testen wordt het systeem verder geëvalueerd, waarbij het hele systeem wordt getest onder omstandigheden die sterk overeenkomen met de vluchttest. Het gebruik van een vastgestelde taxipad en de communicatie tussen de grondbedieningsstations en het crew-team zijn hierbij essentieel.

Er wordt met name aandacht besteed aan het testen van de automatische navigatiecapaciteiten, zoals automatische taxi naar het startpunt, automatische versnelling naar de opstijgsnelheid en automatische richtingsbehoud na de landing. Deze processen zijn cruciaal voor het succes van toekomstige autonome vluchtoperaties. Elke fase van het testproces is dus ontworpen om de systemen grondig te evalueren en te verfijnen voordat ze daadwerkelijk in gebruik worden genomen.

Naast deze technische testfasen wordt er ook veel belang gehecht aan de communicatie en samenwerking binnen het testteam. De taxi-testen geven de mogelijkheid om de communicatieprotocollen tussen de vluchtcrew en het grondteam te verfijnen, wat van groot belang is voor de coördinatie tijdens de vlucht zelf. Na het succesvol voltooien van de testfasen wordt er een flight readiness review uitgevoerd, waarbij alle relevante stakeholders de laatste beslissingen nemen met betrekking tot de geschiktheid van het systeem voor de vlucht.

Het ontwerp en de vluchtproeven van een technologie-demonstrator vereisen een intensieve planning en coördinatie, waarbij de nadruk ligt op het minimaliseren van risico's en het waarborgen van de veiligheid. Dit proces is lang en gedetailleerd, met veel aandacht voor kleine maar essentiële details die van invloed kunnen zijn op het succes van de vlucht. De combinatie van grondtesten, HIL-simulaties en taxi-tests biedt een robuuste basis voor het ontwikkelen van geavanceerde luchtvaartsystemen.

Hoe het Gyrocopter Platform bijdraagt aan de Toekomst van Onbemande Vrachtvervoer

De ontwikkeling van een technologie-demonstrator voor onbemande luchtvaart systemen (UAS) is een dynamisch proces waarbij elk detail van het ontwerp, de testfasen en de werkingsprincipes zorgvuldig moet worden geanalyseerd en geoptimaliseerd. Het gyrocopter-platform, met zijn kosten-efficiëntie, robuustheid en aanpasbaarheid, heeft bewezen een geschikte basis te zijn voor de conversie naar een UAS. Deze eigenschappen maken het platform bijzonder geschikt voor toepassingen zoals onbemand vrachtvervoer, waar zowel de flexibiliteit van het systeem als de betrouwbaarheid van cruciaal belang zijn.

In de context van dit project is een continue, reproduceerbare ontwikkelings- en releasecyclus opgezet, die voorafgaat aan elke vluchttest. De structuur van deze ontwikkelingscyclus is zodanig dat deze zowel voldoet aan de vereisten van een strikt testprotocol als haalbaar blijft binnen de context van een onderzoeksomgeving. Elk van de geautomatiseerde vluchtfuncties werd ontwikkeld en getest volgens een agile aanpak, wat betekent dat de ontwikkelaars snel konden reageren op de bevindingen uit de testvluchten en nieuwe functies of aanpassingen konden implementeren. Deze flexibiliteit in het ontwikkelingsproces heeft geresulteerd in de toevoeging van onvoorziene maar essentiële functies zoals een yaw-controller voor landingsassistentie, een pilootmonitoringscherm, verbeteringen in zichtbaarheid en verlichting, evenals softwareaanpassingen die de handmatige vluchtkenmerken verbeteren.

Hoewel de demonstrator een onbemand en geautomatiseerd systeem is, zijn er aanzienlijke uitdagingen geweest met betrekking tot menselijke prestatiebeperkingen. De betrokkenheid van menselijke factoren was essentieel, vooral omdat bepaalde systemen alleen volledig goed functioneren binnen een omgeving die goed wordt begrepen en gecontroleerd door operators. Dit was een belangrijke les in het project, aangezien de grootste ontwerpkeuzes uiteindelijk correct bleken te zijn, wat resulteerde in succesvolle vluchttests.

De demonstrator is inmiddels een capabel platform voor verder onderzoek naar onbemande vrachtvervoer. De vooruitzichten voor de toekomst richten zich op de validatie van concepten zoals de integratie van het systeem in het civiele luchtruim, met inbegrip van U-space, en de doorlopende ontwikkeling van de systemen om deze integratie mogelijk te maken. De korte-termijn doelstellingen omvatten een volledig autonome, maar sterk gecontroleerde BVLOS-vlucht voor vrachttransport.

Bij het plannen van deze toekomstige operaties zijn er verschillende belangrijke technische vereisten waaraan moet worden voldaan. Een van de belangrijkste aspecten is de integratie van langeafstands datalinksystemen, bijvoorbeeld via satellieten, wat essentieel is voor vluchten over grotere afstanden. Deze datalinksystemen moeten redundant zijn, of de demonstrator moet in staat zijn om autonome beslissingen te nemen om de veiligheid van het systeem te waarborgen. Langeafstandsoperaties brengen ook andere uitdagingen met zich mee, zoals de overdracht van de controle tussen meerdere grondstations, het monitoren van systeemintegriteit, luchtvaartintegratie en het vermogen om conflicten te vermijden. Dit zijn allemaal cruciale elementen die moeten worden ontworpen en getest om ervoor te zorgen dat de operatie veilig en efficiënt verloopt.

Daarnaast moeten de systemen zich kunnen aanpassen aan dynamisch veranderende omgevingsomstandigheden, zoals regels en geofencing in U-space, en moeten er procedures worden ontwikkeld voor het reageren op dergelijke veranderingen. Dit zal de integratie van de demonstrator in bestaande luchtverkeersnetwerken verder verbeteren en helpen bij de implementatie van representatieve logistieke ketens voor toekomstig gebruik.

De integratie van dergelijke systemen en technologieën heeft niet alleen betrekking op de fysieke infrastructuur, maar ook op het verbeteren van de interactie tussen de mens en het systeem. Een belangrijk aspect van dit onderzoek is het ontwerp van de interface van de grondstation-operator, waarbij de nadruk ligt op het verbeteren van de gebruiksvriendelijkheid en de reactiesnelheid van de piloot in geval van nood of onverwachte situaties.

In dit kader moet worden benadrukt dat het ontwikkelen van onbemande luchtvervoer systemen niet alleen afhankelijk is van de technologische innovaties in software en hardware, maar ook van een grondige evaluatie van risico's, regelgeving en de operationele beperkingen die het gebruik van dergelijke systemen met zich meebrengt. De evolutie van UAS, met name voor vrachtvervoer, vereist een holistische benadering die de veiligheid van de gebruiker, het systeem en de omgeving waarborgt. Het is essentieel om te begrijpen dat de sleutel tot succes ligt in de balans tussen technologische vooruitgang en het vermogen om deze binnen de bestaande en toekomstige operationele contexten toe te passen.

Hoe de Productiekosten van Luchtvaartuigen Bepalen en Optimaliseren

De ontwikkeling en productie van vliegtuigen vereist een gedetailleerde analyse van verschillende kostencomponenten, die essentieel zijn voor de financiële planning van een luchtvaartproject. Een van de modellen die veel gebruikt wordt voor het schatten van de kosten is het DAPCA-IV model (Hess, 1987), dat recent werd bijgewerkt door Gudmundsson (2013). Dit model biedt een uitgebreide benadering voor het berekenen van de ontwikkelings- en productiekosten van vliegtuigen in de algemene luchtvaart. Het model is specifiek gericht op de luchtvaartuigen die niet zijn gecertificeerd volgens de traditionele commerciële standaarden, zoals de ALAADy (autonome luchtvaartuigen) die in dit geval als voorbeeld dient.

Het DAPCA-IV model is ontworpen om de kosten van verschillende onderdelen van een vliegtuig te schatten, zoals de luchtframe, de motoren, de propellers en andere cruciale componenten van het voertuig. Het biedt echter geen inzicht in de kosten van ondersteunende systemen, zoals grondstations, datalinksystemen en andere autonome technologieën, die afzonderlijk moeten worden beoordeeld.

In een voorbeeld van een kostenscenario wordt het effect van productieruns van 100 en 500 eenheden onderzocht. De gegevens tonen aan dat de prijs per vliegtuig aanzienlijk daalt wanneer de productiecapaciteit toeneemt. Bij een productie van 100 eenheden bedraagt de kosten per vliegtuig ongeveer 590.000 euro, terwijl de kosten per vliegtuig bij een productie van 500 eenheden afnemen tot ongeveer 385.000 euro, wat neerkomt op een prijsdaling van 35%. Dit toont het effect van schaalvoordelen aan, waarbij de kosten per eenheid dalen door hogere productiecijfers.

De operationele toepassing van het ALAADy-vliegtuig kan worden geïllustreerd aan de hand van een use-case die zich richt op de expresslevering van reserveonderdelen. Een bedrijf dat landbouwmachines produceert, heeft servicecentra verspreid over Europa, waaronder locaties in Madrid, Londen, Parijs, Wenen, Boekarest en Moskou. Het doel is om deze vestigingen dagelijks van reserveonderdelen te voorzien, wat tijdige leveringen vereist, vooral tijdens het oogstseizoen.

Het operationele model van het ALAADy is gebaseerd op de veronderstelling dat, ondanks een hogere kans op falen in vergelijking met bemande systemen, de risico's van schade aan het luchtvaartuig en de grondinfrastructuur minimaal moeten blijven. Om deze risico’s te mitigeren, wordt gekozen voor nachtvluchten, waardoor de kans op interferentie met ander verkeer op de grond wordt verminderd. Ook worden vluchtpaden zodanig ontworpen dat ze dichtbevolkte gebieden en kritieke infrastructuur, zoals hoogspanningslijnen en snelwegen, vermijden. Dit draagt bij aan de veiligheid van de vlucht en vermindert de blootstelling aan potentiële gevaren tijdens de vlucht.

Bij het ontwerpen van de vluchtroutes is het noodzakelijk om rekening te houden met de dichtheid van de bebouwing en de aanwezigheid van landbouwgebieden. In veel gevallen blijkt het moeilijk om rechte vliegroutes te vinden die voldoen aan de vereiste afstandsbufferzones. Zo moet de vlucht van het vliegveld Hamm-Lippewiesen in Duitsland naar Bury St. Edmunds in Engeland zorgvuldig worden gepland om dichtbevolkte gebieden te vermijden. De route gaat door landbouwgebieden en over rivieren zoals de Rijn en de Maas, die relatief minder scheepvaartverkeer kennen, wat ze veiliger maakt voor luchtvervoer.

Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat de ALAADy-vliegtuigen opereren vanuit kleinere luchthavens om de integratie met commercieel luchtverkeer te vermijden en hoge landingskosten te reduceren. Dit aspect van de operatie helpt ook de kosten te verlagen en de efficiëntie te verhogen, omdat kleinere luchthavens minder congestie kennen en lagere tarieven hanteren.

In sommige gevallen kan de bouw van een eigen dedicated luchtvliegveld nabij het servicecentrum worden overwogen om de transportketen verder te vereenvoudigen. Hoewel dit in eerste instantie extra kosten met zich meebrengt, kan het op de lange termijn de noodzaak voor laatste-mijllogistiek bij de afhandeling van vracht elimineren, wat de algehele efficiëntie van het systeem aanzienlijk zou verbeteren.

Het is essentieel dat deze vluchten niet alleen voldoen aan de operationele behoeften van het bedrijf, maar ook aan de eisen op het gebied van veiligheid, milieu-impact en kostenbeheersing. Hierbij speelt de keuze van de vluchtpaden, de vliegtijd en de aard van de infrastructuur een cruciale rol. Naarmate de technologie voor autonome vliegtuigen verder evolueert, zal het belang van deze operationele keuzes alleen maar toenemen.

Naast de kosten van de vliegtuigen zelf, is het van belang dat bedrijven ook investeren in de bijbehorende grondinfrastructuur, zoals datalinksystemen en software voor routeplanning, die essentieel zijn voor de operaties van autonome vliegtuigen. Het beheren van deze componenten zal steeds meer centraal staan in de strategieën van luchtvaartmaatschappijen die autonome systemen willen implementeren in hun vloot.

Hoe de Amerikaanse benadering van China de geopolitieke dynamiek beïnvloedt
Wat zijn de belangrijkste uitdagingen en technologieën bij de exploratie en exploitatie van polymetallische nodules op de diepzeebodem?
Hoe beïnvloedt corrosie de materiaalkeuze en duurzaamheid in de nucleaire industrie?
Gegevens van de Centrale Voorstedelijke Passagiersmaatschappij en tarieven voor documentkopieën
Informatie over de materiële en technische ondersteuning van het onderwijs in Informatica en ICT
Volksdans als onderdeel van de persoonsvorming van het kind
Het geheim van gezondheid: de wonderkracht van honing en melk
Voorbeeldopgaven en Beschrijvingen van de Landelijke Toetsen (VPR) voor 11e Klassen Gepubliceerd door het Federale Instituut voor Pedagogische Metingen