ASPIRER

Motivation

Das Aerospike Triebwerk ist ein alternatives Raketentriebwerk-Konzept zur Glockendüse und hat den Vorteil, dass der entstehende Schub durch eine Anpassung des Massenstromes für jeden Umgebungsdruck ideal eingestellt werden kann. Dadurch kann in der Theorie bis zu 30 % Treibstoff eingespart werden. Das Konzept wurde erstmals in den 1960er Jahren entwickelt und konnte lange Zeit mit konventionellen Methoden nicht umgesetzt werden, da sich der »Spike« oder »Stachel« im Heißgasstrom befindet und ohne effiziente Kühlung mit der Zeit wegschmilzt. Dank additiver Fertigung und der Integration von oberflächennahen strömungsangepassten Kühlkanälen wird die Realisierung nun nach 60 Jahren möglich.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt ASPIRER wird ein Aerospike Triebwerk in Zusammenarbeit mit dem Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden ausgelegt, additiv gefertigt und getestet. Der ausgewählte Werkstoff ist die Nickelbasissuperlegierung INCONEL^®718. Die eingesetzten Fertigungsverfahren umfassen das Laser Powder Bed Fusion (selektive Laserstrahlschmelzen), eine Wärmebehandlung, mechanische Nacharbeit an Funktions- und Anschlussflächen, thermisches Beschichten vom thermisch hochbelasteten Spike und das Verschweißen von Shroud und Spike. Das Projekt wird von der ESA gefördert und weitere Projektpartner sind die ArianeGroup GmbH und das Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation (IoA). Die Prozesskette für das 6000 N schubstarke Aerospike Triebwerk wurde zu Projektbeginn umfassend bezüglich der mechanischen Eigenschaften und der Fertigbarkeit mit additiven Verfahren validiert. Für die Qualitätssicherung kommen zerstörende Prüfverfahren wie Schliffbilder und Zugproben und zerstörungsfreie Prüfung wie Computertomographie und 3D Scan zum Einsatz.
 

Innovationen und Perspektiven

Es gibt momentan weltweit nur sehr wenig Versuche, ein Aerospike Triebwerk zu fertigen und zu testen, sodass die experimentelle Datenlage sehr gering ist. Das Projekt leistet daher vor allem den wichtigen Beitrag, die Machbarkeit zu demonstrieren und neue Daten zur Fertigbarkeit und Qualitätssicherung zu sammeln. Darüber hinaus werden Testdaten im Rahmen einer Testkampagne bei dem Partner IoA ermittelt, um die Auslegung und Fertigung zukünftiger Aerospike Triebwerke zu verbessern. Die Erkenntnisse können auf andere Triebwerkskompenten und -typen übertragen werden.