M-Speeder drone met grondeffect

voor onderhoudswerkzaamheden offshore

Grotere UAV (Unmanned Aerial Vehicle) neemt kleinere UAV mee voor een inspectie-opdracht

De inzet van drones voor het uitvoeren van onderhoud – hoofdzakelijk inspecties – is niet nieuw. Anderzijds staan de technische ontwikkelingen niet stil en worden er innovaties op de markt gebracht die de mogelijkheden verder uitbreiden of nieuwe voordelen opleveren. Erdem Kazakli, Tadao Yokoyama en hun team werkten de afgelopen jaren aan een serie ‘Speeders’ waarvan de M-variant bij uitstek geschikt is voor offshore onderhoud. Door het zogenaamde grondeffect kan deze drone onder meer een lading offshore brengen met de snelheid van een helikopter, tegen een fractie van de kosten.

Onbemande luchtvaartuigen

Drones voor onderhoud worden meestal ingezet voor gevaarlijk, vuil of oncomfortabel werk. De onbemande stukjes technisch vernuft zijn immers tot op bepaalde hoogte ongevoelig voor gevaarlijke stoffen, kunnen probleemloos werken op hoogte zonder veiligheidsmiddelen en raken niet gewond.

Erdem Kazakli spreekt liever over ‘onbemande voertuigen’, wanneer het over drones gaat. "Drones doen toch eerder denken aan een kleiner, speelgoedachtig product, terwijl de ontwikkelingen inmiddels veel verder zijn. Wij gebruiken de term UAV’s: Unmanned Aerial Vehicles ofwel onbemande luchtvaartuigen, met als speciale uitvoering de VTOL (Vertical Take-Off and Landing) UAV, die verticaal kan opstijgen en landen. Dat is met name bij offshore opdrachten van belang."

Wie is Erdem Kazakli?
Erdem Kazakli heeft in zijn relatief korte loopbaan diverse prestaties van formaat geleverd op het vlak van innovatie en onbemande voer- en vaartuigen. Door zijn ruime kennis en ervaring weet hij als geen ander wat UAV’s kunnen betekenen voor industrieel onderhoud.
Hij studeerde aan de Middle East Technical University in Ankara (Turkije) en behaalde daar onder meer zijn MoS in Engineering Management en een BoS in Ruimtevaart engineering. Hij heeft bijna dertien jaar ervaring in luchtvaart, onbemande technologieën en innovatie en gewerkt voor onder meer Microflown Avisa B.V, Turkish Airlines Technic Inc. en TAI in management- en engineering functies. Hij won diverse prijzen in samenwerking met Airbus, Collins Aerospace en JDE.
Inmiddels heeft hij samen met hij samen met Tadao Yokoyama – een ervaren scheepsbouwkundige – het bedrijf Speeder Systems opgericht, waar onbemande luchtvaartuigen worden ontwikkeld voor uiteenlopende toepassingen.

Mogelijkheden UAV’s

"Typische toepassingen zijn te vinden in onder meer het inspecteren van bijvoorbeeld windturbines, civiele werken zoals bruggen en tunnels, of de binnenkant van grote tanks in de chemische of procesindustrie", weet Kazakli. Daarbij is niet alleen de bereikbaarheid van de locaties voor UAV’s een voordeel, maar ook het feit dat zij relatief snel ergens naartoe kunnen vliegen en info kunnen doorsturen in de vorm van een foto of video. Wanneer mensen dit moeten doen, gaat dit gepaard met reistijd en -middelen, vereiste opleiding, beschermings- en hulpmiddelen. Bovendien moeten mensen de werkzaamheden vaak samen uitvoeren, in het kader van veiligheid.

"UAV's zijn een mogelijke deeloplossing voor het tekort aan geschoold en gekwalificeerd personeel"

“UAV's zijn in de eerste plaats ontwikkeld als oplossing om medewerkers te ontlasten en te kwijten van gevaarlijke of oncomfortabele werkzaamheden; dus niet om iets met minder medewerkers te kunnen doen", benadrukt Kazakli. "Omgekeerd geldt wel dat ze het mogelijk maken om het tekort aan geschoold en gecertificeerd personeel in vele takken van de industrie mee te helpen opvangen."

Ladingdragers

In toenemende mate worden UAV’s ook ingezet om een lading te dragen. "Inspecties uitvoeren met behulp van camera’s en eventueel meetapparatuur is bij de meesten wel bekend. Doordat UAV’s echter steeds sterker en stabieler worden en een groter bereik krijgen, zal het transport van lading de tweede belangrijkste toepassing worden van UAV’s in het onderhoud", voorspelt Kazakli.

Denk daarbij bijvoorbeeld aan het vervoer van gereedschap of specifieke onderdelen. "Wanneer een monteur op locatie een storing moet oplossen, weet hij vooraf niet wat er aan de hand is en welke component mogelijk moet worden vervangen, dus kan het zijn dat hij de benodigde onderdelen niet bij zich heeft. Het nabrengen per UAV is dan – zeker op offshore locaties – een manier om relatief snel en goedkoop weer verder te kunnen."

UAV’s kunnen snel en efficiënt naar bijvoorbeeld boorplatforms vliegen en daar inspecties uitvoeren of gereedschap brengen

In de praktijk

Door de snel toenemende mogelijkheden groeit ook het aantal bedrijven dat diensten verleent waarbij de inzet van UAV’s centraal staat.

Kazakli: "Dit komt onder meer door de wet- en regelgeving, die in veel landen achterloopt op de praktijk. In deze regels staat precies waar je wel en niet mag vliegen met een drone, wanneer, hoe lang ... Het is een van de belangrijkste redenen waarom ik industriële en productiebedrijven afraad om zomaar zelf een UAV te kopen en hiermee onderhoud uit te voeren. Bij inspecties op het eigen terrein of binnen is er geen probleem. Wanneer je echter hoger gaat vliegen en een gebied bestrijkt dat buiten je eigen terrein ligt, en daar zit je al snel, heb je te maken met strenge wetgeving. Dit kun je dus beter overlaten aan specialisten die weten wat wel en niet mag, en adequaat kunnen reageren wanneer bijvoorbeeld een luchtverkeersleider een calamiteit of noodsituatie communiceert."

Ontwikkelingen

BESTURING

Zoals eerder opgemerkt, staan de ontwikkelingen op het vlak van UAV’s niet stil. Vooreerst is er de besturing. Waar vliegtuigen bijvoorbeeld nog worden gestuurd op basis van het hydraulisch aansturen van mechanische 'flaps', gebeurt bij een UAV alles softwarematig en elektrisch. Dit betekent dat de UAV razendsnel kan reageren op besturingscommando’s en in alle gewenste richtingen kan vliegen. Ook verticaal opstijgen en landen of onder een hoek vliegen is slechts een kwestie van het bedienen van de knoppen.

batterijcapaciteit

Voorts hebben de ontwikkelingen in motoren en accu’s letterlijk een vlucht genomen. Door de hoge efficiëntie van de huidige generatie elektromotoren en de nog steeds groeiende capaciteit van accu’s en batterijen, zijn UAV’s in staat verder en langer te vliegen of meer lading mee te nemen dan eerdere generaties.

"Een nadeel van drones is dat accu’s zwaarder zijn dan brandstof, dus werkt men nu vooral aan hybride uitvoeringen"

Een belangrijk voordeel ziet Kazakli bovendien in het feit dat de elektrisch aangedreven UAV’s zelf aanzienlijk minder onderhoud vragen dan bijvoorbeeld een helikopter met de vele roterende delen en hydraulische systemen. "Een helikopter is een van de meest complexe machines die er bestaan en is bovendien in staat om maar zo'n 10% van zijn eigen gewicht aan lading mee te nemen. Drones daarentegen, die geen bemanning en veiligheidsmiddelen hoeven mee te nemen, bieden op dat vlak aanzienlijk meer capaciteit. Een nadeel van drones is dan weer dat de accu’s zwaarder zijn dan brandstof. Daarom wordt er nu gewerkt aan hybride uitvoeringen en het verder verbeteren van de aerodynamische eigenschappen."

Nieuwe concepten

De Moeder-AUV

M-Speeder van onderaf gezien. De camera kan visuele beelden opnemen en eventueel ook warmtebeelden maken

De technische ontwikkelingen staan bovendien garant voor volledig nieuwe concepten op het vlak van UAV’s.

Kazakli: "Een van de betere is het concept waarbij een UAV een aantal kleinere UAV’s meeneemt. De 'moeder' is dan een fors bemeten UAV die met een aantal kleinere exemplaren naar een gebied vliegt voor bijvoorbeeld een inspectie van enkele tientallen windturbines. Wanneer zij is geland, vliegen de kleinere exemplaren uit om de inspecties te doen en informatie te verzamelen. Zo hoeft enkel de grotere UAV de afstand van de basis naar de windturbines te kunnen overbruggen. De kleinere exemplaren vliegen maar tot de nabijgelegen windturbines, wat minder energie verbruikt. Wanneer je deze kosten uitzet tegen inspectie met bemanning, zal je verbaasd zijn over het grote verschil."

M-Speeder

Kazakli en Yokoyama ontwikkelden de voorbije jaren ook een eigen UAV. Die combineert de eigenschappen van USV’s (Unmanned Surface Vehicle oftewel: onbemande vaartuigen of boten) en UAV’s met de mogelijkheid om verticaal te landen en op te stijgen.

"Onze eerste ideeën hebben we uitgewerkt in de C- en D-Speeder, die in staat zijn om payloads van respectievelijk 320 en 135 kg te transporteren. De M-Speeder is de kleinere variant die bij uitstek geschikt is voor het vervoer van onderdelen of gereedschappen naar offshore platforms in het kader van onderhoud. In alle gevallen is de onderscheidende eigenschap dat deze UAV’s gebruikmaken van het zogenaamde 'grondeffect'."

Het grondeffect creëert een extra 'lift', waardoor de UAV verder kan vliegen op één acculading of meer lading kan meenemen

"Het gaat hier om een natuurkundig principe dat optreedt wanneer voer- of vaartuigen zich vlak langs de weg of het wateroppervlak bewegen. Zonder al te diep op het principe in te gaan, creëert het effect een extra lift waardoor je in staat bent om met minder energie een bepaalde afstand af te leggen, of dit sneller kan. Bovendien kun je de UAV uitvoeren met kleinere vleugels. Uiteraard is het dan wel noodzakelijk om vlak over het oppervlak te vliegen. Dit betekent dat een ruwe zee minder geschikt is en dat het bovendien hoge eisen stelt aan de dynamische eigenschappen van de UAV, in combinatie met de mogelijkheden van de besturing."

Kazakli en Yokoyama ontwikkelden de voorbije jaren ook een eigen UAV — Kazakli en Yokoyama ontwikkelden de voorbije jaren een eigen UAV

Inmiddels zit de M-Speeder in de testfase, die goed verloopt. Het prototype kan kleinere varianten meenemen voor het uitvoeren van inspecties. Voor veiligheidsdoeleinden in de maritieme wereld heeft hij een tweevoudig redundante datalink (SATCOM en Line of Sight) en een drievoudige redundante GPS. De camera die 'vooruit' kijkt, is zowel bedoeld voor het sturen van de M-Speeder als het uitvoeren van de inspecties.

Kazakli: "Ik voorzie veel mogelijkheden voor deze UAV’s. Ze zitten technisch goed in elkaar en maken de uitvoering van specifieke werkzaamheden veiliger, efficiënter en goedkoper. Vergeet ook niet dat ze geen last hebben van een maandagochtendhumeur of moeheid, en niet beïnvloed worden door emoties en eerdere ervaringen."

Drones voor onderhoudswerkzaamheden offshore