Moteur de fusée refroidi par vortex imprimé en 3D SLA

L'impression 3D est un outil incroyable pour le prototypage et le développement, mais les propriétés des matériaux peuvent être un facteur limitant pour les pièces fonctionnelles. [Sam Rogers] et ses collègues de [AX Technologies] ont testé et développé un petit moteur de fusée à carburant liquide et ont utilisé avec succès le refroidissement par vortex pour protéger une chambre de combustion imprimée en 3D en résine. (Vidéo, intégrée ci-dessous.)

Le refroidissement par vortex fonctionne en injectant de l'oxygène dans la chambre de combustion de manière tangentielle, juste à l'intérieur de la buse du moteur, ce qui crée une couche limite de refroidissement tourbillonnante le long de la paroi de la chambre. L'oxygène se déplace vers l'extrémité avant de la chambre de combustion où il se mélange au carburant et s'enflamme au centre. Cela ne protège pas la buse elle-même, qui ne dure que quelques secondes avant de devenir inutilisable. Cependant, grâce à la conception modulaire du moteur de test, seule la petite section de buse devait être réimprimée pour chaque test. Alors que cette pièce pourrait être fabriquée à l'aide d'une imprimante 3D métal, les coûts sont encore très élevés, surtout à ce stade expérimental. Les pièces en résine transparente permettent également d'observer la combustion et de tirer des conclusions plus précises de chaque test.

Ce moteur était destiné à être utilisé comme allumeur de torche pour un moteur de fusée beaucoup plus gros. Le carburant est injecté à l'avant de la chambre de combustion, où se trouve une bougie d'allumage pour enflammer le mélange oxygène-carburant. Le débit d'oxygène et de carburant est contrôlé par deux vannes servocommandées reliées à un microcontrôleur, qui est monté avec le moteur sur des rails linéaires. Cela permet au moteur de test de se déplacer librement et de pousser contre une cellule de charge pour mesurer la poussée. L'étincelle est créée avant l'ouverture des soupapes pour éviter un allumage retardé, qui peut faire exploser le moteur, et il est essentiel d'obtenir la séquence de soupapes et le calage corrects. De nombreuses itérations et pièces détruites plus tard, l'équipe [AX Technologies] a réussi l'allumage, avec un motif de diamant Mach supersonique clair dans l'échappement.

Ce n'est qu'un exemple de plus de l'impression 3D et de l'électronique bon marché permettant des progrès impressionnants avec un budget limité. Un autre exemple est le progrès de [Joe Barnard] pour faire atterrir un modèle réduit de fusée avec un moteur à combustible solide. Les entreprises et les organisations utilisent des composants imprimés en 3D dans les moteurs de fusée depuis quelques années maintenant, et nous avons même vu une version open source.