Modeltreinen afschieten met een katapult

Mischa Brendel

In het Duitse Göttingen zijn op 8 oktober twee nieuwe en unieke onderzoeksfaciliteiten geopend. Deze zijn bedoeld voor onderzoek naar de ontwikkeling van treinen met een optimale aerodynamica en zijn eigendom van het Duitse instituut voor lucht- en ruimtevaart (DLR).

In tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden, houdt DLR zich naast onderzoek in de aeronautica en ruimtevaart ook bezig met transport en energie. Het instituut telt 6700 medewerkers en 33 instituten, verdeeld over 13 locaties in Duitsland.

 

Eén van die locaties, Göttingen, is nu twee onderzoeksfaciliteiten rijker. De tunnelsimulatie is uniek in de wereld en onderzoekers kunnen deze zestig meter lange ruimte gebruiken voor onderzoek naar de rijeigenschappen van schaalmodellen van treinen bij snelheden tot 400 km/h. Om deze snelheden te kunnen bereiken worden de schaalmodellen – variërend van schaal 1:100 tot 1:20 – met een hydropneumatische katapult gelanceerd. Hydraulische cilinders drijven de katapult aan. De snelheid waarmee de modellen bewegen wordt geregeld met de hydraulische druk.

 

‘Het spoor waarop de modeltreinen rijden is gelijk aan een normaal spoor’, zegt Dr. Klaus Ehrenfried, van DLR. ‘De modellen zelf zitten niet vast aan de rails, maar om complete ontsporing in het lab te voorkomen zijn er wel enkele haken aan de modellen bevestigd. Onder normale omstandigheden raken deze haken de rails niet.’ Wanneer de modellen het einde van het testspoor bereiken, remmen zij af met behulp van een gravelbed.

 

De hoge snelheden van de modellen zijn nodig om onderzoek te doen naar eventuele geluidsoverlast van hogesnelheidstreinen wanneer zij een tunnel in rijden. Op dat moment ontstaat namelijk een drukgolf vergelijkbaar met een vliegtuig dat door de geluidsbarrière gaat.

 

In de tweede testfaciliteit onderzoeken wetenschappers de invloed van zijwind op treinen. Ook deze faciliteit is uniek. Ehrenfried: ‘Bij dit onderzoek gebruiken we lagere snelheden voor de modellen. Hier is namelijk het getal van Reynolds belangrijker.’ Het getal van Reynolds wordt gebruikt in de stromingsleer om te bepalen of een stroming laminair of turbulent is. Laminaire stromingen lopen parallel aan elkaar; bij turbulente stromingen vindt er juist veel stroming loodrecht op de hoofdstroom plaats. Deze faciliteit kan zijwinden simuleren die normaal gesproken ook op treinen worden uitgeoefend, om te zien hoe de voertuigen zich bij deze zijwinden gedragen. Zo wees eerder onderzoek uit dat dubbeldekkertreinen bij snelheden rond de 300 km/h soms miniem van de treinrails worden opgetild. Bij sterke zijwinden kan de trein dan gaan hellen.

 

Het meten van de zijwinden gebeurt deels op dezelfde manier als nu al in andere windtunnels gebeurt: met lasers. Het is echter ook de bedoeling dat de treinmodellen uitgerust worden met meetapparatuur om onder meer de druk op het oppervlak van de treinen vast te stellen.

De twee nieuwe testfaciliteiten van DLR hebben bij elkaar ruim drie miljoen euro gekost. Hiermee is de DLR-locatie Göttingen de wereldwijde leider geworden op het gebied van onderzoek naar aerodynamica bij treinen. De twee faciliteiten zijn onderdeel van een groot DLR-programma waarbij acht locaties van het onderzoek zijn betrokken. Deze groep faciliteiten, onder leiding van DLR Stuttgart, doet onderzoek naar de volgende generatie hogesnelheidstreinen.