YouTuber 3D-print kleine propaanaangedreven EDF-naverbrander

De Amerikaanse lucht- en ruimtevaartingenieur en YouTuber Michael Rechtin heeft de stuwkracht van een elektrische impellermotor bijna verdubbeld met een 3D-geprinte naverbrander.

De naverbrander verbrandt propaan om extra stuwkracht te leveren, al smolten of verbrandden sommige onderdelen van plastic of hars tijdens de tests. Bouwers van modelvliegtuigen gebruiken vaak zulke impellersystemen om straalmotoren na te bootsen.

Daarbij drijft een elektromotor een rotor in een buis aan, die aan de voorkant lucht aanzuigt om die versneld aan de achterkant weer uit te blazen voor de benodigde stuwkracht.

Voor Rechtin was dat niet genoeg, omdat hij met een kleine naverbrander extra stuwkracht wilde opwekken met een zo eenvoudig mogelijk ontwerp. Een gewone impeller levert daarbij de basisstuwkracht, terwijl daarachter een verbrandingskamer zit waarin propaan wordt ingespoten en verbrand om de luchtstroom te verhitten.

Propaan om extra stuwkracht te leveren

De warmte die aan de luchtstroom wordt toegevoegd, moet met een straalpijp worden omgezet in hogere uitstroomsnelheid. Bij gewone straalmotoren geen probleem, de lucht perst voor de verbranding samen en heeft bij de naverbrander nog genoeg druk om verder te versnellen.

Een impeller perst de aangezogen lucht daarentegen nauwelijks samen, waardoor het propaan in de verbrandingskamer onvolledig kan verbranden. In het ergste geval stopt de verbranding volledig door een verkeerde verhouding tussen propaan en lucht, terwijl een lage druk er ook voor zorgt dat warmte verloren gaat zonder dat de stuwkracht toeneemt.

Rechtin testte eerst een verbrandingskamer die hij uit PLA had geprint. Dat materiaal bleek door het lage smeltpunt niet bestand tegen de hoge temperaturen en smolt binnen korte tijd, al liet een eerste test zien dat de naverbrander in principe werkte.

Artikel gaat verder onder de video.

Daarna maakte hij een nieuwe versie van de verbrandingskamer waarbij hij de luchtstroom en de inspuiting van propaan verbeterde. Met een ESP32-microcontroller bouwde hij bovendien elektronica waarmee hij de inspuiting via een afstandsbediening voor modelvliegtuigen kon regelen tijdens de tests.

De nieuwe verbrandingskamer printte hij van hars, dat tussen vijftig en negentig graden zacht en vervormbaar wordt zonder vloeibaar te worden. Vanaf ongeveer 250 graden begint het materiaal echter te ontleden, te verkolen en te branden, wat in de video te zien is aan brandende stukjes die uit de naverbrander vliegen.

Bij de tweede test heeft Rechtin de stuwkracht van de motor gemeten, waarbij hij de gegevens voor analyse op een SD-kaart opsloeg. Alleen op elektriciteit leverde de impeller bij een kwart gas 2,3 newton aan stuwkracht, terwijl dat met ingeschakelde naverbrander opliep tot vier newton.

Maximale stuwkracht van 13,5 newton

Bij vol gas bedroeg de maximale stuwkracht 13,5 newton. Volgens Rechtin kan het ontwerp nog meer opleveren met een betere aansturing van de elektromotor en een rotor die minder wrijving heeft, waarbij de naverbrander de stuwkracht volgens hem minimaal kan verdubbelen.

Rechtin wil nu een nieuwe versie van metaal maken om de duurzaamheid van de onderdelen te verbeteren. Ook wil hij de luchtstroom en de inspuiting van propaan verder optimaliseren, wat nodig is om het brandstofverbruik binnen aanvaardbare grenzen te houden bij langere tests.

Het experiment laat zien hoe makers met eenvoudige middelen technieken uit de luchtvaart nabootsen. Tegelijk onderstrepen de gesmolten en brandende onderdelen dat werken met brandbare gassen en hoge temperaturen grote risico’s met zich meebrengt, waardoor zulke tests alleen met de nodige voorzorgsmaatregelen verantwoord zijn.