Triebwerksprojekte – Luft- und Raumfahrt AG NIGE

Unsere Triebwerke

Seit dem Schuljahr 22/23 haben sich einige Mitglieder an der Konstruktion eigener Triebwerke gewagt. Bis heute arbeiten wir kontinuierlich daran, diese weiter zu optimieren. Unser Ziel ist es, eine selbstgebaute Rakete zuverlässig starten zu lassen. Im Rahmen einer Facharbeit haben zudem zwei Schüler ein Pulsstrahltriebwerk entwickelt. Auch im Zuge der Begabtenförderung haben wir eine kleinere Version von Triebwerken konstruiert, die wir unter anderem am Tag der Talente des NIGE mit jüngeren Schülerinnen und Schülern gebaut haben. Auf dieser Seite möchten wir den Entwicklungsprozess unserer Modelle dokumentieren und die Herausforderungen aufzeigen, die wir dabei gemeistert haben.

Der Beginn

Für unsere Raketen kauften wir uns die Triebwerke, aber uns kam die Idee auch selber welche herzustellen. Wir fingen mit einer Anleitung an die wir auf Nakka Rocketry gefunden hatten. Jedoch fehlten uns viele Materialien, die man nur in Amerika bekommt. Die Triebwerke hat eine Schale aus PVC. Die PVC Rohre die man hier in Deutschland erwerben kann sind jedoch zu dünn und nach Recherchen fanden wir zudem heraus, dass wenn PVC verbrannt wird giftige Dioxide entstehen. Die Wahl fiel auf dickwandige Papprohre, diese lieferten ihren Job gut. Das nächste Problem, welches wir hatten war, dass unsere Triebwerke undicht waren. Wir probierten verschiedene Methoden um dieses Problem zu lösen, wie dickere Endkappen oder anderen Kleber. Die entscheidene Veränderung war jedoch an den wichtigen Stellen eine feuerfeste Dichtmasse aufzutragen. Damit war die Dichtigkeit kein Problem mehr und wir widmeten uns dem nächsten Problem nämlich den Düsen. Die Düsen die wir uns von der Anleitung angeguckt hatten, waren aus Beton gespritzt. Jedoch fanden wir keinen geeigneten Beton oder Mörtel, der dem extremen Druck und Temperaturen standhalten konnte. Wir ließen uns dann eine aus Metall anfertigen, welche natürlich dann hielt.

Das Pulsstrahltriebwerk

Im Rahmen ihrer Facharbeit widmeten sich zwei Mitglieder unserer AG dem Thema der Pulsstrahltriebwerke. Sie nahmen sich vor, ein funktionierendes Modell in der Schule nachzubauen und somit die Funktionsweise aus nächster Nähe zu erleben.

Das Reynst-Jar

Um die Prozesse innerhalb eines Pulsstrahltriebwerks anschaulich darzustellen, entschieden sich die Schüler zunächst dafür, ein sogenanntes Reynst-Jar zu bauen. Das Reynst-Jar ist ein einfaches Modell, das auf den Experimenten von Francois H. Reynst basiert.

Aufbau und Funktion des Reynst-Jar

Für den Bau des Reynst-Jar verwendeten die Schüler ein Moonshineglas mit einem Schraubdeckel, eine Bohrmaschine mit einem 12-mm-Bohrer, Brennspiritus und ein Feuerzeug. Zunächst wurde in die Mitte des Deckels ein Loch gebohrt. Anschließend füllten sie das Glas bis zu einer Höhe von etwa 5 mm mit Brennspiritus und schüttelten es vorsichtig. Nach dem Anzünden des Alkohols fand ein pulsierende Verbrennung statt. Dabei war eine rhythmisch flackernde Flamme sichtbar, begleitet von einem charakteristischen Brummen. Dieser Effekt entsteht durch die zyklische Abfolge von

Verbrennung, Druckaufbau und dem Nachströmen von Frischluft. Das Reynst-Jar demonstriert so auf einfache Weise die grundlegenden Mechanismen eines Pulsstrahltriebwerks: die wiederholte Entzündung eines Luft Kraftstoff Gemisches und den dabei entstehenden Schub.

Das Reynst-Jar diente den Schülern nicht nur als Einstieg in die Thematik, sondern auch als visuell eindrucksvolles Beispiel, um die Funktionsweise eines Pulsstrahltriebwerks zu verdeutlichen.

Bau des Pulsstrahltriebwerks

Im Rahmen ihrer Facharbeit entschieden sich die zwei Schüler, ein funktionsfähiges Pulsstrahltriebwerk nachzubauen, um die Theorie hinter dieser Antriebstechnologie praktisch zu verstehen. Der Bauprozess erforderte den Umgang mit schweren Material und handwerkliches Können.

Vorbereitung und Materialbeschaffung

Zunächst mussten die benötigten Materialien und Werkzeuge beschafft werden. Für den Bau des Triebwerks benötigten die Schüler mehrere Metallrohre in unterschiedlichen Längen und Durchmessern sowie Übergangsstücke. Die Rohre wurden online bestellt und nach etwa einer Woche geliefert. Während der Wartezeit übten die beiden das Schweißen an alten Metallresten, um die erforderlichen Fähigkeiten für das Projekt zu erlangen.

Nach Erhalt der Rohre begannen die Schüler mit dem Zuschneiden der Bauteile. Um saubere Schnitte zu gewährleisten, nutzten sie eine Bandsäge. Die Schnittstellen wurden markiert, die Rohre fixiert und auf die benötigten Längen geschnitten. Am Ende erhielten sie mehrere Rohre ein 1100mm langes Rohr, zwei kürzere Rohre mit 345mm und 340mm Länge, alle mit einem Innendurchmesser von 160mm sowie einen 180° Bogen und ein 260mm langes Rohr mit einem Durchmesser von 76mm.

Formung von Einlass und Auspuff

Um die Anforderungen des Triebwerks zu erfüllen, mussten Einlass und Auspuff konisch geformt werden. Die Schüler übernahmen Berechnungen aus einer Anleitung von Buildcomics.com und markierten die entsprechenden Schnitte direkt auf den Rohren. Mit einem Winkelschleifer entfernten sie überschüssiges Material und erzeugten keilförmige Profile. Das Zusammenfügen der Rohrenden erwies sich aufgrund der Materialstärke von 2,5mm als anspruchsvoll. Mithilfe von Schraubzwingen, Spanngurten und einer 20Tonnen Presse brachten sie die Enden in Form und fixierten sie durch punktuelles Schweißen. Anschließend wurden die Nähte vollständig verschweißt.

Herstellung der Übergangsstücke

Für die Übergangsstücke, die Einlass, Brennkammer und Auspuff verbinden, entwarfen die Schüler konische Elemente mithilfe eines Online-Tools. Um die Übergänge zu formen, erhitzten sie die Rohre mithilfe von Holzkohle. Sobald das Material ausreichend erwärmt war, formten sie es mit einem Hammer auf einem kleinen Amboss und pressten die Teile abschließend in Form. Diese Übergangsstücke wurden anschließend mit den Hauptbauteilen des Triebwerks verschweißt.

Gaszufuhr und Abschluss

Für die Gaszufuhr, bohrten die Schüler ein 10mm Loch in die Brennkammer und setzten ein Rohr mit acht 3mm Löchern ein, das sie mit einem Gasschlauch verbanden. Abschließend bauten sie aus Reststücken Standfüße, um das Triebwerk zu Stabilisieren.

Nach Abschluss dieser Arbeitsschritte war das Triebwerk vollständig und bereit für die ersten Tests.

Der Bau dieses Projekts ermöglichte den Schülern praktische Erfahrungen in verschiedenen handwerklichen Bereichen wie Schweißen und Metallbearbeitung zu sammeln.