Fraunhofer toont op Hannover Messe 3D geprinte aerospike motor
Koelkanalen geïntegreerd in de behuizing
Fraunhofer IWS en de TU Dresden tonen op de digitale Hannover Messe 2021 een 3D geprinte nozzle aerospike aandrijfsysteem voor een raket. Dankzij de mogelijkheden van additive manufacturing, weten de ontwikkelaars het brandstofverbruik met 30 procent te verminderen. Het prototype heeft al een brander test van 30 seconden doorstaan.
De markt voor kleine satellieten zal de komende jaren zeker sterk groeien. Het Verenigd Koninkrijk heeft aangekondigd in Schotland een ‘spaceport’ te bouwen. Ook in Duitsland ziet men zo’n haven voor ruimtevaartschepen wel zitten. Microlaunchers spelen een belangrijke rol in deze plannen, omdat daarmee het transport van vrachten tot 350 kilogram goedkoper wordt.
Aandrijving voor microlaunchers verbruikt 30 procent minder brandstof
Aeropsike opnieuw uitgevonden
Een aantal van deze microlaunchers wordt aangedreven door zogenaamde aerospike motoren, een concept dat dateert uit de jaren ’60. Het aandrijfconcept dankt de naam aan een een punt in het midden, die ervoor zorgt dat de verbrandingsgassen versnellen. Dit concept leent zich heel goed voor additive manufacturing, vinden de Duitse onderzoekers. Daarom zijn het Fraunhofer IWS in Dresden en het Institute of Aerospace Engineering van de TU Dresden aan de slag gegaan met ontwikkelen van een nieuwe design, afgestemd op 3D printen met een LPBF-metaalprinter.
Actieve koeling geïntegreerd
Het bijzondere is dat ze de brandstofinjector, de verbrandingskamer en de nozzle in één geheel 3D printen, inclusief de spike in het midden. Nog afgezien van de voordelen bij de assemblage levert dit gewichtsbesparing op. En dat vertaalt zich in de ruimtevaart al snel in brandstofbesparing. Daarnaast gebruiken de onderzoekers de mogelijkheden van additive manufacturing om in de mantel koelkanalen mee te printen. Een dergelijk labyrint van koelkanalen kan alleen additief worden gemaakt; geen enkele andere maaktechnologie kan dit. Het restpoeder in de kanalen wordt weggezogen. Actieve koeling is nodig omdat de temperaturen in de verbrandingskamer boven het smeltpunt van sommige metalen uitkomen.
Stuwkracht kan opgeschaald worden naar 35 kN
Voor de actieve koeling gebruikt het Fraunhofer de brandstof, die gekoeld in de motor komt. Is de temperatuur opgelopen, dan wordt de brandstof in de injector gemengd met een mix van vloeibaar zuurstof en ethanol en dan ontstoken in de verbrandingskamer. Hier treedt decompressie op. In de verbrandingskamer loopt de druk op tot 15 bar. Het gasmensgel versnelt in de spike. Alles bij elkaar levert dit 30 procent brandstofbesparing op. Het schaalmodel annex prototype dat de onderzoekers op de digitale Hannover Messe toelichten, heeft al een fire test van 30 seconden door staan. Ook zijn al enkele hot fire testen met de nozzles gedaan. De stuwkracht bedraagt 16 kN en kan opgeschaald worden naar 35 kN. De onderzoekers gaan nu een redesign doorvoeren en dan opnieuw testen.
Het Fraunhofer presenteert de aerospike motor tijdens de Hannover Messe 2021. Op 13 april is er om 15.00 uur een online lezing.
