3D-gedruckte Raketenpumpe kühlt sich durch Wasser, das durch ihre Wände strömt

Das Design nutzt eine hohle Doppelwand-Architektur, bei der Wasser kontinuierlich durch interne Kanäle strömt, während Propan und Luft vor der Verbrennung separat gemischt werden.

Das Konzept ähnelt im Großen und Ganzen regenerativen Kühlverfahren, die bei konventionellen Flüssigtreibstoffraketenmotoren eingesetzt werden, wird hier jedoch mit drucktechnischen Methoden für den Consumerbereich und Kunststoffmaterialien umgesetzt. Die Wasserkühlung verbesserte die Überlebenschancen, offenbarte jedoch neue Grenzen.

Laut dem Baufilm besaßen die ersten Motorenversionen keinerlei Kühlung und versagten fast sofort nach der Zündung. Die Brennkammer weichte sich schnell auf, und die Struktur verformte sich innerhalb weniger Sekunden, da die exponierten Kunststoffbereiche zu schmelzen begannen.

Einordnung fuer Autofahrer

Anschließend gestaltete der Konstrukteur den Motor neu mit einer Doppelwandstruktur. Wasser zirkulierte zwischen der inneren Wand, die den Verbrennungsgasen ausgesetzt war, und der äußeren tragenden Hülle mittels einer kleinen Pumpe, die über gedruckte Adapter angeschlossen war. Vor dem Start wurde das System auf Undichtigkeiten hin druckgeprüft.

Die Zündung erfolgte zunächst über zwei-Bolzen-Elektroden, die einen elektrischen Funken erzeugten; bei späteren Tests wurde jedoch auf ein Grillanzünder umgestellt, nachdem sich die Elektroden selbst durch die Hitze verbogen hatten. Der überarbeitete Motor zeigte eine deutlich bessere Leistung.

Während der Tests blieb die wassergekühlte Brennkammer intakt und lief länger als frühere Versionen.

Dennoch trat schnell ein weiteres Problem

Dennoch trat schnell ein weiteres Problem auf: Die unteren, nicht gekühlten Bereiche der Düse überhitzten sich, verbogen sich und tropften geschmolzenes Plastik aus dem Triebwerksauslass. „Der gekühlte Abschnitt hielt gut stand, der andere nicht so sehr", erklärte der Entwickler im Video.

Eine vollständig gekühlte Version lief zwar, entwickelte jedoch innere Leckagen. Um den Ausfallpunkt zu beheben, entwickelte der Konstrukteur eine vollständig wassergekühlte Variante, die als Einzelstück gedruckt wurde und Kühlkanäle an allen ächen aufweist.

Die ersten Ergebnisse zeigten erneut vielversprechende Ergebnisse, und der Motor lief länger bei gleichzeitigem Erhalt der strukturellen Stabilität. Der Test wurde beendet, als sich eine Leckage in der Innenwand bildete, wodurch Kühlmittel in den Verbrennungsbereich eindrang und die Flamme erlosch.

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Die Nachanalyse des Tests deutete darauf hin, dass das Problem möglicherweise mit einer grundlegenden Materialeinschränkung zusammenhängt. Standard-FDM-Kunststoffe leiten Wärme schlecht, sodass die Innenwand sehr hohe Temperaturen erreichen muss, bevor Wärme nach außen zum Kühlmittel abgestrahlt werden kann.

Dünnere Wände könnten den Wärmetransport verbessern, würden jedoch die strukturelle Festigkeit und den Druckwiderstand verringern. Das Projekt hob zudem eine weitere Herausforderung für jedes zukünftige flugtaugliche Design hervor: die Masse.

Wasserbehälter, Pumpen und Rohrleitungen erhöhen das Gewicht und können so die Nutzlastkapazität sowie die Gesamtleistung beeinträchtigen. Obwohl das Experiment keinen voll funktionsfähigen Kunststoff-Raketentriebwerk erzeugte, zeigte es, dass aktive Kühlung die Überlebensfähigkeit deutlich verbessert und einen Weg für weitere Entwicklungen eröffnen kann.

Der Entwickler schloss, dass das Konzept noch Potenzial besitzt, jedoch weiterer Verfeinerung bedarf, und lädt zu Vorschlägen für zukünftige Iterationen ein.