SLA 3D-gedruckter Vortex-gekühlter Raketenmotor

Der 3D-Druck ist ein unglaubliches Werkzeug für Prototyping und Entwicklung, aber die Eigenschaften der Materialien können ein limitierender Faktor für funktionale Teile sein. [Sam Rogers] und Kollegen von [AX Technologies] haben ein kleines, mit Flüssigkeit betriebenes Raketentriebwerk getestet und entwickelt und erfolgreich Wirbelkühlung eingesetzt, um eine 3D-gedruckte Brennkammer aus Harz zu schützen. (Video, unten eingebettet.)

Bei der Wirbelkühlung wird Sauerstoff tangential direkt innerhalb der Düse des Motors in die Brennkammer injiziert, wodurch eine kühlende, wirbelnde Grenzschicht entlang der Kammerwand entsteht. Der Sauerstoff bewegt sich zum vorderen Ende der Brennkammer, wo er sich mit dem Kraftstoff vermischt und in der Mitte entzündet. Dies schützt nicht die Düse selbst, die nur wenige Sekunden anhält, bevor sie unbrauchbar wird. Dank des modularen Aufbaus des Testmotors musste jedoch bei jedem Test nur der kleine Düsenabschnitt neu gedruckt werden. Obwohl dieses Teil mit einem Metall-3D-Drucker hergestellt werden könnte, sind die Kosten insbesondere in diesem experimentellen Stadium immer noch sehr hoch. Durch die klaren Harzanteile lässt sich zudem die Verbrennung beobachten und aus jedem Test genauere Rückschlüsse ziehen.

Dieser Motor sollte als Brennerzünder für einen viel größeren Raketenmotor verwendet werden. Der Kraftstoff wird vorne in den Brennraum eingespritzt, wo sich eine Zündkerze befindet, die das Sauerstoff-Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Sauerstoff- und Kraftstofffluss wird durch zwei servogesteuerte Ventile gesteuert, die mit einem Mikrocontroller verbunden sind, der mit dem Motor auf linearen Schienen montiert ist. Dadurch kann sich das Testtriebwerk frei bewegen und gegen eine Kraftmessdose drücken, um den Schub zu messen. Der Funke wird erzeugt, bevor die Ventile geöffnet werden, um eine verzögerte Zündung zu verhindern, die den Motor explodieren lassen kann. Außerdem ist es wichtig, dass die Ventilreihenfolge und die Ventilsteuerung korrekt sind. Viele Iterationen und zerstörte Teile später gelang dem Team von [AX Technologies] eine erfolgreiche Zündung mit einem klaren Überschall-Mach-Diamantmuster im Auspuff.

Dies ist nur ein weiteres Beispiel dafür, dass 3D-Druck und billige Elektronik beeindruckende Fortschritte mit einem begrenzten Budget ermöglichen. Ein weiteres Beispiel sind die Fortschritte von [Joe Barnard] bei der selbstlandenden Modellrakete mit Feststoffantrieb. Unternehmen und Organisationen verwenden seit einigen Jahren 3D-gedruckte Komponenten in Raketentriebwerken, und wir haben sogar eine Open-Source-Version gesehen.