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运用3D打印技术制造下一代火箭发动机

文章来源:网络人气:327发表时间:2018-08-01 11:23:24

  过去几年,航空航天领域的企业一直在研究如何利用增材制造即3D打印来助力火箭发动机的生产。美国洛克达因企业就是这些企业中的代表,一直致力于3D打印RL10发动机的零部件。6月初,该企业宣布其3D打印的铜质推力室成功完成一系列热点火测试。对洛克达因企业而言,使用3D打印可以减少发动机的零部件数量,从而加快生产并降低成本。洛克达因企业总裁兼首席实行官艾琳?德雷克在4月的一次采访中表示,“使用3D打印可以节省超过50%的时间,并能够降低人工成本,减少供应商数量和零部件数量。”

  3D打印技术是洛克达因企业升级版RL10C-X发动机的一个关键要素。该企业正在与联合发射联盟合作开发这款发动机,并计划应用于“火神”(Vulcan)运载火箭的上面级。虽然RL10C-X将应用3D打印技术,但构造基本上与上一个版本一致。许多采用3D打印的其他发动机也是如此,3D打印的目的是削减成本和生产时间,而不是在结构上做出更新。甚至像火箭实验室(Rocket Lab)这样的初创企业也使用3D打印技术来生产其发动机的所有主要部件。

运用3D打印技术制造下一代火箭发动机

  “增材火箭企业”(ARC)联合创始人兼首席实行官安迪·凯提旺5月在加州举行的太空科技博览会上发表演讲称,“增材制造可以让设计更加自由,并能消除工程师之前使用传统方法遇到的所有障碍。”他认为,这个行业存在一个问题,许多企业都在应用3D打印技术为他们的发动机打印零部件,但实际上他们打印的很多零部件仍然可以用传统的方法制造。为此,他联合他人创立了ARC企业,寻求运用3D打印技术以一种不同的方式来制造发动机。“大家打算运用3D打印技术制造一种传统的双推进剂发动机。本质上,其核心能力是完成液体和热量的移动,大家要做的是使之成为最优的推进器。”

  ARC企业将3D打印与一种创成式设计工具相结合,该工具可以利用计算机算法提供数千种不同的设计方案,然后反复演算以找到最佳的设计方案。这种方法得出的设计方案可能必须使用3D打印才能生产,这将超出传统发动机工程师的想象。

  ARC企业在其第一台发动机上采用了这种方法,该发动机是一种小型再生冷却式发动机。该发动机从外观上看和一般的发动机没什么区别,但他的内部却有几十个输送煤油和液氧的管道,就像血管或树干一样。这是内部输送液体燃料的最佳方式之一。这种“仿生”系统得益于创成式设计的应用。该系统可以降低发动机的压力差,减少燃料输送所需的动力,从而减小支撑发动机的阀门、泵和油箱的尺寸。它还改善了喷嘴的热传递,有利于延长其使用寿命。该企业在其他发动机上也采用这种方法,包括用于航天器的小型单燃料推进器和冷气推进器。这些设计可以提高推进器的性能并降低其质量,让它们可以在小型卫星上使用。

  ARC并不是唯一一家探索增材制造新应用方法的企业。例如,“相对太空”企业(Relativity Space)正在尝试对包括发动机在内的整个火箭进行3D打印,并融资了数千万美金用于支撑其开发工作。

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