50 jaar von Karman Instituut: internationaal
een referentie

Le Plasmatron
Met het Plasmatron wordt getest hoe materialen en concepten zich gedragen wanneer ze met grote snelheid in de atmosfeer terugkeren
20 november 2006

Het von Karman Instituut voor Vloeistofdynamica (VKI) is gevestigd tien kilometer ten zuiden van het centrum van Brussel in Sint-Genesius-Rode en viert dit jaar zijn 50ste verjaardag. Het is een van de meest bijzondere onderzoekscentra in Europa.

De oorsprong van het VKI gaat terug tot de beginjaren van de Belgische luchtvaart in de jaren twintig. Nu is het een internationaal complex met een vijftigtal testinstallaties en windtunnels (subsonisch, supersonisch, hypersonisch, plasma…) dat ook gespecialiseerde opleidingen aanbiedt.

In oktober 1956 kwamen België en de Verenigde Staten overeen om deze infrastructuur te ontwikkelen in het kader van de Advisory Group for Aeronautical Research & Development (AGARD) van de NAVO. AGARD leidde ondertussen tot het ontstaan van de Research & Technology Organisation (RTO) van de NAVO.

Een van de belangrijkste centra
in Europa

Theodore von Karman (1881-1963)

Het VKI draagt de naam van zijn oprichter Theodore von Karman (1881-1963), ingenieur en luchtvaartpionier van Hongaarse afkomst.

Momenteel werken er onder leiding van ingenieur Mario Carbonaro een honderdtal ingenieurs, onderzoekers, academici en technici. De financiering gebeurt door de NAVO, het Federaal Wetenschapsbeleid en is ook afkomstig van onderzoek, opleidingen en consulting.

Het jaarbudget van het VKI bedraagt 7,6 miljoen euro, waarmee het een van de belangrijkste opleidings-, onderzoeks- en testcentra in Europa is. 45% van het budget komt van dertien NAVO-lidstaten (België, de Verenigde Staten, Frankrijk, Duitsland, Italië, Noorwegen, Spanje, Turkije, Portugal, de Tsjechische Republiek, Hongarije, Luxemburg en Ijsland).

Het Federaal Wetenschapsbeleid in België draagt zowat 10% bij. De overige 45% zijn afkomstig van opdrachten voor de administratie (structuurtests, realisatie van torens, bruggen en monumenten, de analyse van de weerslag van activiteiten op het milieu…) en voor de industrie (onderzoek naar de werking van motoren, stroomprocessen in de staalindustrie, de optimalisering van koelcircuits…). Elk jaar volgen een 35-tal ingenieurs en onderzoekers er een gespecialiseerde post-universitaire opleiding.

Van Antarctica tot Ariane 5

Ariane 5 at sunset
Het VKI voerde voor veel Europese ruimtevaartprogramma's belangrijke tests uit, zoals bijvoorbeeld de Ariane 5-raket

Het VKI is van in het begin uitgerust geweest om een antwoord te kunnen bieden op de noden van de lucht- en de ruimtevaart en bezit een historisch stukje techniek: het hart van de eerste hypersonische windtunnel in Europa, afkomstig uit Peenemünde in Duitsland, waar de eerste V1- en V2-raketten werden gelanceerd.

Na de oorlog werd het door de Amerikanen gedemonteerd en geïnstalleerd in Sint-Genesius-Rode om tijdens de eerste jaren van het VKI nog steeds dienst te doen. In de loop der jaren kwamen er steeds meer testinstallaties, in het bijzonder om de dynamica van vloeistoffen te onderzoeken voor wegen- en waterwerken, de industrie, het milieu en multidisciplinair onderzoek.

Zo onderging een verkleind model van het Princess Elisabeth Antarctica Research Station er subsonische tests. België wil dat onderzoeksstation over twee jaar op Antarctica installeren. Men heeft nagegaan wat de gevolgen zijn van hevige wind en sneeuw op de structuren van de basis.

De expertise van het VKI in verband met vloeistofdynamica, zowel door tests in windtunnels als modellering met computer, heeft toepassingen in de levenswetenschappen (stromingen) en bij de ontwikkeling van nanotechnologie (gedrag van microstructuren).

In supersonische windtunnels test het VKI met een kracht van 700 kW semi-automatisch aerodynamische elementen tot mach 2-2,25. Zo werd het aero-akoestische gedrag geanalyseerd van de brandstof in de krachtige vastebrandstofraketten van de Europese Ariane 5-raket. Voor de betrouwbaarheid van de raket was het heel belangrijk de instabiliteiten te onderzoeken die zich voordoen alvorens de centrale rakettrap wordt afgeworpen. Ze blijken te worden veroorzaakt door kleine druppeltjes in de structuur die de straalpijp omgeeft.

Plasmatron

Cassini-Huygens approaching Saturn
De sonde Huygens werd op bsis van tests met het Plasmatron ontworpen

Heel bijzonder zijn twee simulators om hypersonische snelheden te simuleren. Eén tunnel dient om het gedrag van een structuur tot mach 6 te bestuderen. In de indrukwekkende installatie Longshot onderwerpt men kleine kegelvorige maquettes gedurende enkele milliseconden aan een snelheid van mach 14.

Daarbij moeten duizenden metingen in 64 kanalen geanalyseerd worden. Men heeft onder meer tests uitgevoerd om te bepalen welke vorm het kleine Europese ruimteveer Hermes moest krijgen.

De installatie waarop Mario Carbonaro het meest fier is, is de zogenaamde Plasmatron van 1200 kW, zijn laatste werk als hoofd van het technisch departement van het VKI. Deze plasmawindtunnel werd gebouwd tussen 1995 en 1998 en gezamenlijk gefinancierd door het Federaal Wetenschapsbeleid (75%) en ESA (25%).

'Deze plasmawindtunnel is de krachtigste van dit type in de wereld en we hebben er thermische schilden en terugkeercapsules mee tot recordtemperaturen verhit', verduidelijkt de directeur van het VKI.

'Hij is uitgerust met een elektrische toorts die in het luchtledige een plasmajet van 10.000 graden Kelvin met een lengte van 1 meter produceert. De warmteflux kan een waarde van 2900 kW per vierkante meter bereiken en het geminiaturiseerde testobject gedurende een minuut tot een temperatuur van 800 graden verhitten.'

Het Plasmatron wordt drie tot vier keer per dag gebruikt om thermische materialen en concepten te testen. De Europese sonde Huygens, die in januari 2005 met succes is geland op de Saturnusmaan Titan, werd op basis van tests in het Plasmatron ontworpen.

Dertig jaar samenwerking tussen ESA en het VKI

Le Directeur général de l’ESA a félicité le VKI
Jean-Jacques Dordain: 'Dit centrum is belangrijk voor ESA'

Tijdens een academische zitting naar aanleiding van de vijftigste verjaardag van het VKI sprak ESA-directeur-generaal Jean-Jacques Dordain over dertig jaar samenwerking met het VKI in het kader van de programma's Ariane, Hermes en Huygens en op het vlak van technologie om naar de aarde terug te keren.

'Dit centrum is uniek in Europa en een belangrijk werkmiddel voor de ontwikkeling van gevanceerde technologie bij ESA', vertelde hij. Het herinnerde nog eens aan de rol van België als voortrekker van ruimteonderzoek in Europa.

Het VKI neemt ook deel aan drie experimenten van de Kheops-terugkeercapsule in het kader van het ESA-programma European Experimental Reentry Testbed (EXPERT). Met behulp van een Russische Volna-raket, gelanceerd vanaf een onderzeeër in de Barentzzee, zal een capsule met een massa van 250 kilogram tijdens een suborbitale vlucht hypersonisch getest worden.

Ontmoeting tussen kunst en hightech

Kunst en technologie: Panamarenko bij het VKI

Op 17 oktober kreeg het VKI naar aanleiding van zijn 50ste verjaardag bezoek van Koning Albert II en ontving het ook zijn alumni en het grote publiek.

Van 8 september tot 25 oktober zorgde het zelfs voor een heuse ontmoeting tussen kunst en technologie. De Belgische kunstenaar Panamarenko plaatste voor de ingang zijn monumentaal werk Scotch Gambit, dat 16 meter lang en 6 meter hoog is. Het ziet eruit als een ietwat buitenaards ruimteschip dat klaar is om passagiers mee de lucht in te nemen. Het zou zo uit een sciencefictionstripverhaal kunnen komen.

Een artistieke visie, die misschien de ontwerpers van de ruimteschepen van morgen zal inspireren?

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.