LAPCAT – Wikipedia

LAPCAT – Long-Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies (vrij vertaald: concepten en technieken voor geavanceerde, toekomstige aandrijvingen) – was een driejarig, door Europese Unie gesubsidieerd onderzoek naar de technische haalbaarheid van een motoraandrijving voor het bereiken van hypersonische snelheden (Mach 4-8). Het onderzoek liep van 2005 tot april 2008 en werd verricht in het kader van het zesde kaderprogramma voor onderzoek en technologische ontwikkeling ook wel met de afkorting KP6 aangeduid.^[1] Het budget bedroeg circa 7 miljoen euro.^[2][3][4]

LAPCAT II, het vervolg op LAPCAT, is in oktober 2008 gestart met een Europese subsidie van 10 miljoen euro.^[1][5] De vervolgstudie heeft als doel om een aantal resultaten uit de eerste studie zodanig aan te scherpen dat de te volgen koers qua onderzoek en ontwikkeling naar een Mach 5 vaartuig meer details bevat en duidelijker afgebakend wordt.^[6]

De twee belangrijkste technologieën moesten in beschouwing genomen worden: Passieve en actieve compressie. Bij passieve compressie, zoals in een scramjet, stroomt de lucht met een hoge snelheid in de speciale straalmotor om daar zodanig samengedrukt en met toegevoegde brandstof te worden vermengd dat dit mengsel zonder externe (actieve) ontsteking ontbrandt. Door de afwezigheid van de gebruikelijke mechanisme die de samengedrukte mengsel “actief” ontsteekt, wordt deze technologie met de term “passieve compressie” aangeduid. Vanwege het ontbreken van actieve compressie kan de hoge snelheid van de luchtvaartuig en daarmee ook de snelheid en druk van ingestroomde lucht niet met een scramjet bereikt worden; daarvoor is een andere aandrijvingssysteem nodig; een systeem die met een actieve compressie werkt, zoals Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE).

De voornaamste doelen waren het beschrijven en evalueren van:

• Uiteenlopende cycli in mogelijke aandrijvingen en concepten voor vluchten met hoge snelheden, van Mach 4 tot 8, zoals turbine-/raketgebaseerde gecombineerde cycli.
• Benodigde technologie voor:
  • efficiënte integratie motor/luchtvaartuig
  • turbines die relatief weinig wegen en warmtewisselaars
  • experimenten m.b.t. ontsteking/ontbranding bij supersonische snelheden en/of onder hoge druk
  • modelleren

De beoogde resultaten waren:

• vaststellen van benodigdheden en omstandigheden waarbij een vlucht op hoge snelheden mogelijk wordt op niveau van processen
• experimentele meetresultaten met betrekking tot aerodynamica op hogere snelheden voor ontbranding bij supersonische snelheden en/of hoge druk
• het opzetten en valideren van fysieke modellen, ondersteund door computersimulatie om ontbranding bij supersonische snelheden en onder hoge druk, turbulentie en fenomenen bij overgang tussen verschillende componenten
• haalbaarheidsstudie naar turbines, met aandacht voor verhouding prestatie van turbine tot massa van turbine en componenten voor warmtewisselaars

Van alle bestudeerde vaartuigen waren slechts twee concepten geselecteerd voor LAPCAT II: een Mach 5 en een Mach 8 vaartuig.^[6]

Mach 5[bewerken | brontekst bewerken]

Een mogelijke supersonische luchtvaartuig die nader onderzocht wordt in kader van dit project is de A2 van Reaction Engines Limited.^[7] De onderzoekers richt(t)en zich naar een luchtvaartuig die in staat is om van Brussel (België) naar Sydney (Australië) te vliegen in twee tot vier uur,^[8] een significante reductie in vergelijking tot de reistijd begin 21ste eeuw.

Om zulke hoge snelheden te bereiken en behouden, moet Reaction Engines Limited zijn/haar nieuwste concept-motor, de Scimitar genoemd, ontwikkelen. Deze motor maakt gebruik van de thermodynamische eigenschappen van vloeibare waterstof.^[9] De motor is in theorie in staat om A2 aan te drijven tot Mach 5, en dit constant te houden gedurende de gehele vlucht. Hierbij hebben de gassen die de uitlaat verlaten een effectieve snelheid van rond 40.900 m/s. Een andere maat hiervoor is een zogenaamde specifieke stoot van 4170 seconden.^[8]

De project-coördinator van LAPCAT, in dienst bij Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA), Johan Steelant stelt: “Results so far show the Mach 5 vehicle from Reaction Engines can avoid later technology pitfalls and could travel from Brussels to Sydney, …” (Tot nu toe wijzen resultaten erop dat de Mach 5-luchtvaartuig van Reaction Engines de te verwachten technologische problemen aan zou kunnen en van Brussel naar Sydney zou kunnen reizen.^[10]

Mach 8[bewerken | brontekst bewerken]

Hoewel een vlucht met scramjet met Mach 8 als kruissnelheid haalbaar lijkt te zijn is het brandstofverbruik gedurende het versnellen dermate hoog dat een relatief grote brandstoftank nodig is. Door de omvang van de tank wordt het totale gewicht bij opstijgen ook groot.

Initiële onderzoeken naar een bepaalde type ejector voor de eerste fase van de vlucht/het opstijgen leerde dat de vaartuig uiteindelijk een beperkt actieradius zou krijgen bij een relatief grote massa bij het opstijgen.^[6][11]