銅合金3D打印在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

銅合金3D打印在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

同樣作為初創(chuàng)的航天企業(yè)，Launcher 與SpaceX，維珍銀河，Blue Origin等公司一樣，采用3D打印技術(shù)制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件。Launcher 與合作伙伴3T、EOS 開(kāi)發(fā)了3D打印銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件，該部件已經(jīng)進(jìn)行了點(diǎn)火測(cè)試。本期，就讓我們通過(guò)視頻一睹這一3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件的打印、后處理與點(diǎn)火測(cè)試的過(guò)程。

集成復(fù)雜冷卻通道

衛(wèi)星發(fā)射的過(guò)程中，關(guān)鍵的部分是制造一個(gè)強(qiáng)大而可靠的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

Launcher 用于向低地球軌道發(fā)射衛(wèi)星的火箭為液氧(LOX)/ 煤油火箭。典型的液氧/煤油火箭在發(fā)射臺(tái)上的推進(jìn)劑約為95%，更高效的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省的燃料可以用于增加有效載荷。

據(jù)了解，Launcher去年以來(lái)一直致力于開(kāi)發(fā)概念驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)E-1，未來(lái)三年將開(kāi)發(fā)大40倍的E-2發(fā)動(dòng)機(jī)。Launcher火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)是3D打印和分階段燃燒循環(huán)。

3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)零件數(shù)量，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并且更加易于制造復(fù)雜功能集成的部件，Launcher 開(kāi)發(fā)的3D打印銅合金(Cucrzr)發(fā)動(dòng)機(jī)部件就集成了復(fù)雜冷卻通道，這一設(shè)計(jì)將使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效率得到提升。

分階段燃燒循環(huán)中，推進(jìn)劑流過(guò)兩個(gè)燃燒室，一個(gè)預(yù)燃室和一個(gè)主燃燒室。通過(guò)點(diǎn)燃預(yù)燃室中的少量推進(jìn)劑產(chǎn)生的壓力可用于為渦輪泵提供動(dòng)力，渦輪泵迫使剩余的推進(jìn)劑進(jìn)入主燃燒室。增加預(yù)燃器可以提高燃油效率，但卻需要更高的工程復(fù)雜性。

在點(diǎn)火測(cè)試中，E1 3D打印銅合金發(fā)動(dòng)機(jī)能夠承受高的LOX溫度持續(xù)30秒。

NASA工程人員正通過(guò)選擇性激光熔融（SLM）3D打印首個(gè)全尺寸銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件，來(lái)節(jié)約成本。

NASA空間技術(shù)任務(wù)部負(fù)責(zé)人表示，采用增材制造技術(shù)建造首個(gè)全尺寸銅合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件是航空航天3D打印的里程碑。增材制造技術(shù)是有助于NASA繼續(xù)探月行動(dòng)，甚至維持火星探測(cè)人員生存的眾多技術(shù)之一。

發(fā)動(dòng)機(jī)是由大量不同材料制成的復(fù)雜零件組裝而成，其提供的推力為火箭提供動(dòng)力。增材制造具有降低火箭零件制造時(shí)間和成本的潛能，如火箭燃燒室銅合金內(nèi)襯，在火箭燃燒室內(nèi)超冷推進(jìn)劑被混合并加熱到將火箭送到太空所需的極端溫度。

在紙一樣厚的銅合金內(nèi)襯壁里面，溫度激增到2760℃，通過(guò)氣體循環(huán)，將內(nèi)襯壁外面的溫度冷卻到絕對(duì)零度以上100℃以下，來(lái)防止熔化，銅合金內(nèi)襯是專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)這一目的而制造。為了使氣體循環(huán)，在燃燒室內(nèi)襯內(nèi)、外壁之間建造了200多條復(fù)雜通道。這種具有復(fù)雜內(nèi)部幾何特征的小通道對(duì)NASA增材制造團(tuán)隊(duì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

SLM 3D打印高導(dǎo)電銅合金制品

東莞市精研粉體科技有限公司近日使用自主研制的銅合金粉通過(guò)SLM打印設(shè)備成功打印出了高導(dǎo)電銅合金制品。該產(chǎn)品具有良好的導(dǎo)電性能，同時(shí)具有優(yōu)良的力學(xué)性能。精研粉體公司承接此種銅合金的打印服務(wù)，打印包括電感線圈、異形管路、散熱器等對(duì)導(dǎo)電導(dǎo)熱性能有較高要求的銅制部件。

純銅及銅合金粉末對(duì)激光的反射率較高，吸收率較低，歷來(lái)被國(guó)內(nèi)外認(rèn)為是較為難以打印的材料。不過(guò)近年來(lái)對(duì)于銅合金3D打印的新聞不斷得到報(bào)道，國(guó)外有Aerojet Rocketdyne通過(guò)測(cè)試了全尺寸的3D打印推力室部件以及NASA的3D打印銅質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。國(guó)內(nèi)的3D打印機(jī)廠商也在積極主動(dòng)推進(jìn)銅合金的3D打印工藝。

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