Modellrakete: Gedruckter Brennstoff für Micro Hybrid Raketenmotor

Es hat mich wieder gepackt – das Raketenfieber.

Vor Jahren kaufte ich mir eine Modellrakete – die Falcon von Estes, um diese zusammen mit meinen Kindern in den Himmel aufsteigen zu lassen. Je mehr ich mich seinerzeit mit dem Thema beschäftigte, desto stärker interessierte ich mich für Antriebe abseits der klassischen Modellrakten-Feststoffantriebe, die es im Fachhandel frei verkäuflich zu erwerben gab. Letztlich blieb ich bei Hybrid-Antrieben hängen. Diese an sich simpel aufgebauten Antriebe – im Raketensprech auch als Motor bezeichnet – bestehen aus einem gasförmigen Oxidator (meist N2O, auch als Lachgas bekannt) und einem festen Brennstoff aus unterschiedlichen Materialien. Beide Bestandteile sind getrennt voneinander unproblematisch in der Handhabung und unterliegen keiner rechtlichen Beschränkung.

Für größere Modellraketen gibt es solche Hybrid-Motorne von Rattworks, Contrail Rockets bzw. Hypertek in den USA, die jedoch im Handling, insb. was den gasförmigen Oxidator N2O angehen, recht aufwändig und damit kostspielig sind. Für die verbreiteten kleinen Modellraketen (Low to Mid power) gib es eigentlich nur den Micro Hybrid Motor, der von Rene Caldera entwickelt wurde. Diese Motor-Version verwendet 8 Gramm Sahnespender-N2O-Kapseln als Oxidator und Brennstoff (Grain) aus Papier oder Kunststoff. Seinerzeit kaufte ich eine überarbeitete Micro Hybrid-Motorversion von der Firma Cavemanrocketry aus den Niederlanden, diesen Anbieter gibt es aber nicht mehr. Aktuell wird ein Micro Hybrid von Eclipse Rocketry  aus England angeboten. Wer einen Micro Hybriden selbst bauen möchte, der kann mir gerne ein Kommentar hinterlassen – ich werde in Kürze Baupläne für einen Unkostenbetrag anbieten.

Über den Aufbau und die Funktion eines Micro Hybrid Motors und seine Funktionsweise kann man sich hier  gut informieren.

Der „klassische“ Micro Hybrid Motor für eine 8 Gramm N2O-Sahnespender-Kapsel: Kapselspanner, Motorrohr, Tüte mit Dichtungen und Sicherungsringen, Tüte mit Kapselaufnahme und Piercer, Tüte mit Graphit-Düse (v.o.l.n.u.r.)

 

Grains aus dem 3D-Drucker

Kürzlich stieß ich bei meinen erneuten Recherchen zum Thema Hybrid Raketen-Motor auf eine interessante Studie. Darin wurde dargestellt, wie unterschiedlich ausgeformte innere Strukturen des Grains (Brennstoffe) die Perfomance und das Abbrandverhalten eines Hybrid-Antriebs verändern. Die Grains sind sogenannte Innenbrenner. Bei dieser Art von geometrischer Ausgestaltung brennt das Grein von innen nach aussen. Besonders bemerkenswert war die Tatsache, dass die Studienautoren die Brennstoffe auf einem 3D-Drucker anfertigten. So waren Formen und Kombinationen möglich, die mit konventionellen Methoden kaum oder überhaupt nicht möglich sind. Üblicherweise sind die Grains von Innenbrennern in der Mitte kreisrund oder sternförmig ausgeformt, um so die zur Verfügung stehende Abbrand-Oberfläche (und damit über die Brenndauer einen mehr oder weniger gleichbleibenden Schub) zu gewährleisten. Auch im Grain des Micro Hybriden ist es als Innenbrenner mit einer Kernbohrung von 9,5 mm in den original Unterlagen von Caldera angegeben.

Nach Studium der Studienergebnisse habe ich nun vier unterschiedlich Grains aus ABS (Infill 80%) gedruckt, da auch ABS ein möglicher Brennstoff für Hybrid-Raketen-Motoren ist. Der Unterschied der gedruckten Grains ist in deren Ausgestaltung der Kernbereiche zu erkennen: Rund, sternförmig (Pseudo-finocyl), sprial-sternförmig (Swirl star) und mit drei spiralförmigen Schaufeln (turbulator vane). Das letzte Grain wird zusätzlich mit einer Mischung aus 80% Paraffin und 20% Pyro-Aluminiumpulver vergossen. Das turbulator vane grain zeigt laut Studie ein ganz besonders gutes und effizientes Abbrandverhalten, da das Aluminium die Brenntemperatur des Paraffins erhöht. Die Schaufeln im Kern des Grains geben dem Brennstrom durch sein anderes Abbrandverhalten zudem einen entsprechend förderlichen Strömungsdrall.

Druck des spiral-sternförmigen Grains aus ABS (80%-Infill).

Gedruckte Grains (v.l.n.r.): Runder Kern, sternförmiger Kern, spiral-sternförmiger Kern, schaufelförmiges Grain (Paraffin-Al-Gemisch ist noch nicht eingegossen).

Ob und wie sich diese gedruckten Grains im Micro Hybrid Motor verhalten, werde ich testen. Dazu konzipiere und baue ich zur Zeit einen einfachen Teststand, mit dem ich dann die Schubkraft messen kann. Ich werde dazu ein gesonderten Post erstellen.

Um die Brenndauer des Micro Hybrid-Motors zu verlängern habe ich zudem ein Motor für drei 8 Gramm N2O-Sahnespender-Kapseln konstruiert. Auch diesen 24 Gramm Motor werde ich alsbald testen.

Dreifache N2O-Menge. Diese Micro Hybrid-Version (CAD) verfügt über drei 8 Gramm N2O-Sahnspender-Kapseln.

Blick in das Innere der 24 Gramm Micro Hybrid-Version.

Schnittansicht der 24 Gramm Micro Hybrid Motor Konstruktion (Dichtungen und Piercer sind nicht im 3D-Modell platziert). Gut zu erkennen ist das spiral-sternförmige Grain.

Soweit aus der Bastelkammer.

Horrido und stay tuned.

Advertisements

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

Verbinde mit %s