YouTuber koji pokušava izgraditi potpuno 3D printani raketni motor testirao je neobično rješenje za jedan od najvećih izazova s ​​kojima se suočavaju plastične komponente raketa: toplinom.

Projekt iza kojeg stoji Mr. More Gooder istražuje može li raketni motor ispisan standardnim FDM pisačem izdržati izgaranje cirkulacijom vode kroz unutarnje kanale ugrađene izravno u stijenke motora.

Konvencionalni plastični raketni motori imaju tendenciju otkazivanja gotovo odmah nakon paljenja jer komora za izgaranje i mlaznica brzo dosežu temperature dovoljno visoke kako bi omekšale ili otopile uobičajene materijale za ispis. Umjesto promjene materijala, youtuber je pokušao ukloniti toplinu prije nego što bi mogla uništiti strukturu.

Dizajn koristi šuplju arhitekturu s dvostrukim stijenkama u kojoj voda kontinuirano teče kroz unutarnje kanale, dok se propan i zrak miješaju odvojeno prije izgaranja. Koncept je uvelike sličan tehnikama regenerativnog hlađenja korištenim u konvencionalnim raketnim motorima na tekuće gorivo, iako je ovdje implementiran s metodama ispisa na razini robe široke potrošnje i plastičnim materijalima.

Spas u vodenom hlađenju

Prema videu o izradi, prve verzije motora nisu imale nikakvo hlađenje i otkazale su gotovo odmah nakon paljenja. Komora za izgaranje brzo je omekšala, a struktura se deformirala u roku od nekoliko sekundi dok su se izloženi plastični dijelovi počeli topiti.
Motor je potom redizajniran uz korištenje dvoslojne strukture. Voda je cirkulirala između unutarnjeg zida izloženog plinovima izgaranja i vanjske strukturne ljuske pomoću male pumpe spojene putem tiskanih adaptera.

Prije paljenja, sustav je testiran pod tlakom na nepropusnost. Paljenje je koristilo elektrode s dva vijka koje su generirale električni luk, da bi u kasnijim testovima upogonjen upaljač za roštilj nakon što su se same elektrode počele savijati od topline.
Revidirani motor je pokazao znatno bolje rezultate. Tijekom testiranja, vodom hlađena komora za izgaranje ostala je netaknuta i radila je dulje od prethodnih inačica.

Međutim, brzo se pojavio još jedan problem. Dijelovi niže u mlaznici koji nisu bili hlađeni počeli su se pregrijavati i savijati dok je rastaljena plastika kapala iz izlaza motora.

Kako bi se riješio problem, konstruktor je razvio potpuno vodom hlađenu verziju tiskanu u jednom komadu s rashladnim kanalima koji pokrivaju sva područja izložena plinovima izgaranja.

Početni rezultati ponovno su se činili obećavajućima, a motor je radio dulje uz održavanje strukturne stabilnosti. Test je završio kada se u unutarnjoj stijenci stvorilo curenje, što je omogućilo rashladnoj tekućini ulazak u u područje izgaranja i gašenje plamena.

Materijali i masa

Analiza nakon testa sugerirala je kako bi problem mogao biti povezan s temeljnijim ograničenjem materijala. Standardne FDM plastike slabo provode toplinu, što znači kako unutarnja stijenka mora dosegnuti vrlo visoke temperature prije nego što toplina može zračiti prema rashladnoj tekućini.

Tanji zidovi mogli bi poboljšati prijenos topline, ali bi smanjili strukturnu čvrstoću i otpornost na tlak. Projekt je također istaknuo još jedan izazov za svaki budući dizajn sposoban za let: masu.

Spremnici za vodu, pumpe i vodovod povećavaju težinu, potencijalno smanjujući nosivost i ukupne performanse. Iako eksperiment nije proizveo potpuno funkcionalan plastični raketni motor, pokazao je kako aktivno hlađenje značajno poboljšava preživljavanje i može pružiti put za daljnji razvoj.