Industriebrenner als Testlabor: Johns Hopkins APL prüft Materialien für Extremhitze

Ingenieure des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University (APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland haben ein Werkzeug aus der Industrie zum Prüfstand umfunktioniert. Ein sogenannter HVOF-Brenner (High-Velocity Oxygen Fuel), der normalerweise Beschichtungen aufspritzt, erzeugt einen Flammenstrahl von mehr als 3.600 Grad Fahrenheit – rund 1.982 Grad Celsius. Das Team hat die Bedingungen im Strahl genau vermessen und mit Computermodellen nachgebildet. Die Studie erschien im Journal of Testing and Evaluation.

Mit einem Roboterarm und Simulationen bestimmten die Forschenden Temperatur, Wärmeübertragung, aerodynamische Kräfte sowie Geschwindigkeit, Druck und Sauerstoffverteilung im Strahl. Ergebnis: Die aerodynamischen Lasten sind mit denen großer Bodenprüfanlagen vergleichbar, die Oberflächenerwärmung mit der eines Flugkörpers beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. In einem ersten Versuch wurden vier Kandidatenmaterialien für Raketenstartsysteme getestet; Computertomografie-Aufnahmen zeigten danach, wie unterschiedlich sie reagierten.

Ziel ist, vielversprechende Werkstoffe früh und günstig auszusortieren, bevor sie in knappe und teure Hochleistungs-Prüfanlagen kommen. „Es ist keine Eins-zu-eins-Abbildung, aber HVOF ist ein weiteres Werkzeug in unserem Werkzeugkasten“, sagt Teamleiter Gehn Ferguson. Das Verfahren wird bereits im Programm für einen Abfangflugkörper (Glide Phase Interceptor) genutzt, das am APL betreut wird.