Multimaterial-Düse sorgt für bessere Kühlung im Raketentriebwerk

04.06.2024

Multimaterial-Anwendungen waren eines der Trendthemen der Formnext 2023. Nun hat die Advanced Manufacturing Division (QAMD) der Quadrus Corporation für den Bereich Raketentechnologie erstmals eine bimetallische Einspritzdüse für ein rotierendes Detonationstriebwerk (Rotating Detonation Rocket Engine - RDRE) hergestellt. Die Entwicklung, die mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) hergestellt wurde, entstammt einer SBIR-Projektreihe (Small Business Innovation Research), die von Ingenieuren des NASA Marshall Space Flight Center geleitet wurde. 

RDRE-Einspritzdüsen sind aufgrund der starken Hitzeentwicklung durch die sich drehenden Detonationswellen mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert. Deshalb hat QAMD eine Lösung mit einer dünnen Frontplatte aus einer wärmeleitfähigen Kupferlegierung GRCop-42 und einem Verteiler aus einer oxidationsbeständigen Superlegierung auf Nickelbasis (Monel K500) entwickelt. Mittels GRCop-42 kann die Einspritzfläche durch die Treibstoffe effektiv gekühlt werden, während Monel K500 dünnere Wände im Verteiler und damit ein leichteres Design ermöglicht. 

Mit der Multimaterial-Entwicklung überwindet Quadrus Corporation mit Sitz in Huntsville, Alabama, zahlreiche Hürden, die bisher mit der bimetallischen SLM-Fertigung verbunden waren, wie z. B. die präzise geometrische Ausrichtung, die Verringerung des Risikos von Materialverunreinigungen und die Bildung einer hochfesten Multimaterialverbindung. Die Detailgenauigkeit von QAMD zeigt sich unter anderem in kleinsten 1 mm feinen Löchern im Bimetallbereich.

Das mehrjährige SBIR-Projekt der NASA ist fokussiert auf das Wärmemanagement für Verbrennungseinspritzdüsen. Neben der bimetallischen Einspritzdüse wurde auch „Quad Mesh“ entwickelt, ein neuartiger Ansatz zur Transpirationskühlung für Einspritzdüsen-Stirnplattenanwendungen.

Im nächsten Schritt soll die bimetallische Einspritzdüse zusammen mit einer monolithischen GRCop-42-Düse, die Quad Mesh-Technologie enthält, im Sommer 2024 im Marshall Space Flight Center der NASA unter realen Bedingungen getestet werden.

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