Motore a razzo raffreddato a vortice stampato in 3D SLA

La stampa 3D è uno strumento incredibile per la prototipazione e lo sviluppo, ma le proprietà dei materiali possono essere un fattore limitante per le parti funzionali. [Sam Rogers] e colleghi di [AX Technologies] hanno testato e sviluppato un piccolo motore a razzo a combustibile liquido e hanno utilizzato con successo il raffreddamento a vortice per proteggere una camera di combustione stampata in resina 3D. (Video, incorporato di seguito.)

Il raffreddamento a vortice funziona iniettando ossigeno nella camera di combustione tangenzialmente, appena all'interno dell'ugello del motore, creando uno strato limite di raffreddamento e vortice lungo la parete della camera. L'ossigeno si sposta verso la parte anteriore della camera di combustione dove si mescola con il carburante e si accende al centro. Questo non protegge l'ugello stesso, che dura solo pochi secondi prima di diventare inutilizzabile. Tuttavia, grazie alla struttura modulare del motore di prova, per ogni test è stato necessario ristampare solo la piccola sezione dell'ugello. Sebbene questa parte possa essere prodotta utilizzando una stampante 3D in metallo, i costi sono ancora molto elevati, soprattutto in questa fase sperimentale. Le parti in resina trasparente consentono inoltre di osservare la combustione e di trarre conclusioni più precise da ogni test.

Questo motore doveva essere utilizzato come accenditore della torcia per un motore a razzo molto più grande. Il carburante viene iniettato nella parte anteriore della camera di combustione, dove si trova una candela per accendere la miscela ossigeno-carburante. Il flusso di ossigeno e carburante è controllato da due valvole servoazionate collegate a un microcontrollore montato insieme al motore su guide lineari. Ciò consente al motore di prova di muoversi liberamente e di spingere contro una cella di carico per misurare la spinta. La scintilla viene creata prima che le valvole vengano aperte per evitare un'accensione ritardata, che può far esplodere il motore, ed è fondamentale ottenere la sequenza e la fasatura corrette delle valvole. Dopo molte iterazioni e parti distrutte, il team [AX Technologies] ha ottenuto un'accensione riuscita, con un chiaro motivo a diamante Mach supersonico nello scarico.

Questo è solo un altro esempio di stampa 3D e di elettronica economica che consentono progressi impressionanti con un budget limitato. Un altro esempio sono i progressi di [Joe Barnard] nel far atterrare un modello di razzo con un motore a combustibile solido. Aziende e organizzazioni utilizzano ormai da alcuni anni componenti stampati in 3D nei motori a razzo e abbiamo persino visto una versione open source.