US Army testet VICTOR-Drohne mit 3D-gedrucktem Schweröl-Hybridantrieb

Betriebsspannung400 VoltBeteiligte akademische Partner30 UniversitätenFlammpunkt von JP-8140 °F (ca. 60 °C)

Entwicklung und Flugerprobung des Hybridantriebs

Im Rahmen des ARL-Kernforschungsprogramms “Versatile Tactical Power and Propulsion” (VTPP) wurde ein serielle Hybridarchitektur entwickelt, die einen 3D-metallgedruckten Schweröl-Rotationskolben-Wankelmotor mit einem 400-Volt-Motor-Generator koppelt. Der Verbrennungsmotor treibt den Generator an, der elektrische Energie für die Hub- und Schubmotoren der VTOL-Drohne bereitstellt und gleichzeitig Pufferbatterien lädt. Die erste erfolgreiche Flugerprobung fand in der Nähe von Huntsville, Alabama, statt – ein Meilenstein, der die Machbarkeit der Kombination aus schwerem Kraftstoff und elektrischer Leistung demonstriert.

“For warfighters, the program has transitioned research findings to industry partners for maturation and integration into capabilities that could enable mid-sized drones to operate beyond line of sight, extending the reach of ground commanders and reducing risk to soldiers,”

Dr. Chol-Bum Kweon, Program Manager, US Army DEVCOM ARL

Überwindung der Schweröl-Herausforderung und Single-Fuel-Doktrin

Militärische Schweröle wie JP-8 besitzen einen hohen Flammpunkt von etwa 60 °C (140 °F), was bislang die Verwendung in kleinen Rotorkolben- und Drehkolbenmotoren stark einschränkte. Wankelmotoren waren besonders anfällig für Verdichtungsverluste an den Dichtleisten. Durch den Einsatz von rechnergestützter Strömungsmechanik (CFD) und iterativer additiver Fertigung entstand ein strömungsoptimiertes Clean-Sheet-Design, das die Verbrennung stabilisiert und Leckagen minimiert. Die Metall-3D-Drucktechnologie ermöglichte die Integration feingliedriger Luft-Kühlrippen, wodurch ein schweres Flüssig-Kühlsystem vollständig entfiel.

“The use of advanced manufacturing, including 3D metal printing, allowed us to rapidly redesign engine components based on lessons learned through experimentation. It enabled us to design an air-cooled engine that reduces propulsion-system size and eliminates the need for liquid coolant,”

Dr. Chol-Bum Kweon, US Army DEVCOM ARL

Klassifizierung, Rolle und Partner Griffon Aerospace

Die Plattform VICTOR (Versatile Intelligence Controlled Tactical Operational Reconnaissance and Attack) wird von den US-Streitkräften als Drohne der Klasse Group 3 (Midsized UAS, 55-1320 Pfund Abfluggewicht) eingestuft. Sie richtet sich an Divisions- und Brigadeebenen für Aufklärungs- und Angriffsmissionen. Das Flugkörperdesign wurde in Kooperation mit dem US-Hersteller Griffon Aerospace speziell um den neuen Hybridantrieb herum konstruiert und unter realen Bedingungen getestet.

Integration in Schwarm-Konzept PULSAR

Nach Abschluss der Demonstrationsphase wird die Technologie in das Schwarm-Einsatzkonzept PULSAR überführt. Das Ziel ist, mehrere VICTOR-Einheiten in koordinierten Missionen zusammenarbeiten zu lassen, um die Reichweite von Bodenkommandomissionen zu erweitern und das Risiko für das Personal zu reduzieren. Insgesamt waren über 63 Partnerorganisationen an der Entwicklung beteiligt, darunter mehr als 30 Universitäten, über 13 US-Bundeslabore und rund 20 Industrieunternehmen.

Risiken und Gegenargumente

• Fehlende Leistungs- und VerbrauchsdatenOffizielle Berichte nennen keine exakten Flugzeiten, Dienstgipfelhöhen, Zuladungsgewichte oder thermischen Wirkungsgrade, sodass der tatsächliche Reichweitenvorteil gegenüber Turbinen- oder reinen Verbrennungssystemen bislang unquantifiziert bleibt.
• Serienfertigung und Dauerhaltbarkeit von 3D-gedruckten Wankel-KomponentenWankelmotoren sind bekanntermaßen anfällig für Verschleiß an den Apex-Dichtungen. Ob die additiv gefertigten Legierungen die erforderliche Zeit-zwischen-Überholungen (TBO) im Feldeinsatz erreichen, muss in Langzeittests nachgewiesen werden.