韩国航空航天研究所:3D打印火箭发射器的趋势

航空航天能源
2020
05/15
12:25
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2020年5月15日,南极熊获悉,韩国航空航天研究所的研究人员研究了3D打印火箭部件的精细细节,并在 "Additively Manufactured Small Rocket Engines for Launcher Applications"中公布了他们的研究结果。

随着越来越多的太空创业公司参与到运载火箭的制造中来,3D打印在生产中扮演着重要的角色。因为它提供了所有的经典优势,如经济实惠、制造速度、创新能力前所未有的创新能力,最重要的是没有中间商。Space X、Rocket Lab,当然还有NASA也都将3D打印技术放在了头条,无论是3D打印的推进器,还是整个火箭,都是头条新闻。

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SpaceX公司的SuperDraco发动机

在这项研究中,研究人员为火箭发动机制造了一个气门壳体,发掘了这种技术的未来潜力,以及如何为弹射发动机降低成本。展望SpaceX SuperDraco,研究团队关注了增材制造在航天领域的进展。更进一步,他们讨论了火箭实验室Rocket Lab的Rutherford引擎,该引擎用于2018年最终进入太空轨道的Electron弹射器。工程师们能够3D打印出几乎所有的零件,将一台地面推力为24千牛的发动机和地面比推力为311秒的发动机成功送入太空。

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美国制造的3D打印发动机规格。

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私人航天公司Rocket Lab的首席执行官Peter Beck手持卢瑟福发动机,站在Electron Rocket旁边

涡轮泵是发动机中最复杂的部件之一,研究人员注意到,在该部件上必须花费更多的时间进行设计,分析和验证。涡轮泵分为许多不同的部分,每个部分都有单独的制造方法,占整个发动机成本的45%。

研究人员说:“各个国家都在以各种形式尝试将增材制造技术整合到涡轮泵的生产中。涡轮泵需要差异化的增材制造策略,因为主要零件的形状很复杂,并且实现功能需要形状限制。”

SpaceX是增材制造工艺的先驱和灵感来源,展示了这种先进的,前瞻性的思维在生产中的好处。 NASA已经使用3D打印数十年了,一直在为各种项目制造零件,包括生产较小的涡轮泵。在制定诸如低成本高层项目和增材制造演示引擎之类的任务时,NASA继续证明3D打印对成本降低,加快进度以及设计灵活性的好处。

目前,欧空局正计划建造一种甲烷发动机(Prometheus),而瑞典的GKN据说正在通过增材制造来生产涡轮盘和壳体。而且,随着许多国家和组织设计新的航空航天部件,日本正在开发一种H-3射弹-具有膨胀器放气发动机-而不是以前的“燃料丰富”的多级发动机。 IHI目前正在制造一种3吨级的甲烷膨胀发动机。尽管它们可以节省时间和成本,但也有人声称增加的表面粗糙度会影响性能:

研究人员说:“在开发涡轮泵的情况下,通过改善叶轮的粗糙度,泵头可提高15%或更多。”

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用于PROMETHEUS发动机的涡轮叶片

研究人员总结道:"到2019年年底,使用快速成型制造成功发射的发动机只有SpaceX的SuperDraco和Rocket Lab的Rutherford发动机。"

"目前,大多数用于射出式发动机部件增材制造的材料都是Inconel 718,有些公司使用的是Ti-6Al-4V或铜合金。"

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论文下载(两个压缩包全部下载),原文为韩语。

Technology_Trends_in_Additively_Manufactured_Small_Rocket_Engines_for_Launcher_A.rar (1.8 MB, 下载次数: 198)

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