Rotating Detonation Engine di ARIS con camera di combustione stampata in 3D
Il team studentesco ARIS (Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz) dell’ETH di Zurigo sta sviluppando un rotating detonation engine (RDE) dotato di una camera di combustione realizzata tramite additive manufacturing, con l’obiettivo di migliorare efficienza e compattezza dei futuri sistemi di propulsione a razzo.
La scelta di una geometria complessa e di materiali avanzati rende la produzione tradizionale poco conveniente, mentre la stampa 3D in metallo permette di integrare nel corpo della camera canali di raffreddamento, condotti, nervature di irrigidimento e dettagli interni che sarebbero difficili o impossibili da ottenere con metodi sottrattivi.
Principio di funzionamento del rotating detonation engine
A differenza dei motori a razzo a combustione convenzionale (deflagrazione), nel rotating detonation engine la combustione avviene sotto forma di onde di detonazione che si propagano ad alta velocità lungo un canale anulare, alimentate continuamente da una miscela di ossidante e combustibile.
Queste onde, che viaggiano a velocità supersonica, generano un salto di pressione molto più elevato rispetto alla combustione convenzionale, consentendo potenzialmente un aumento dell’impulso specifico e una riduzione del consumo di propellente per la stessa spinta erogata.
Obiettivi del progetto ARIS e ruolo dell’additive manufacturing
Nel caso del progetto ARIS, la camera di combustione viene progettata in modo da favorire l’innesco e la stabilizzazione delle onde di detonazione rotanti, ottimizzando la sezione anulare, gli iniettori e la gestione del flusso di propellente.
L’additive manufacturing consente al team di iterare rapidamente sulla geometria, testando diverse configurazioni di canale e di iniezione, e di integrare funzioni multiple (come il raffreddamento rigenerativo e la gestione strutturale delle sollecitazioni termiche) in un unico componente, riducendo punti di giunzione e possibili criticità meccaniche.
Materiali metallici e tecnologie di stampa 3D per camere di combustione
Per motori a razzo con combustione ad alto carico termico come i rotating detonation engine, vengono generalmente impiegate leghe di rame ad alta conducibilità, leghe di nichel (Inconel) o leghe di niobio, spesso in combinazione con rivestimenti o soluzioni di raffreddamento rigenerativo.
Le tecnologie di stampa 3D metalliche più utilizzate per camere di combustione sono la fusione laser su letto di polvere (LPBF/SLM) e la fusione a fascio di elettroni (EBM), che consentono di realizzare pareti sottili con canali interni di raffreddamento e strutture reticolari ottimizzate, idonee a sopportare cicli termici intensi.
Test, validazione e prospettive applicative dei RDE
Il motore ARIS con camera di combustione additiva viene sottoposto a test a banco per verificare la formazione stabile delle onde di detonazione, misurare spinta, impulso specifico, stabilità di funzionamento e resistenza termomeccanica del componente stampato.
Le possibili applicazioni di un rotating detonation engine compatto ed efficiente spaziano dai piccoli lanciatori per satelliti ai sistemi di propulsione per dimostratori tecnologici e veicoli sperimentali, e molti programmi di ricerca nel mondo aerospaziale stanno valutando questa architettura come opzione per migliorare prestazioni e ridurre consumi rispetto ai motori a razzo classici.
