美國成功應(yīng)用3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴點(diǎn)火
發(fā)布時(shí)間：2024-06-05 點(diǎn)擊：82
近日，美國國家航空航天局(nasa)成功測(cè)試了兩個(gè)迄今設(shè)計(jì)最復(fù)雜的、3d打印制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴。兩個(gè)噴嘴分別進(jìn)行了5秒鐘點(diǎn)火試飛，產(chǎn)生了2萬磅的推力。設(shè)計(jì)的氫氧旋混幾何流型使燃燒產(chǎn)生的推力達(dá)到每英寸1400磅，溫度達(dá)到6000華氏度。測(cè)試地點(diǎn)在亞拉巴馬州的馬歇爾空間飛行中心。
據(jù)報(bào)道，通過這次設(shè)計(jì)，nasa工程師推進(jìn)了3d打印技術(shù)的極限。他們先把設(shè)計(jì)方案輸入3d打印計(jì)算機(jī)，然后由打印機(jī)一層層地打出每個(gè)部分，通過激光把金屬粉末融合在一起，這一過程叫做選擇性激光熔融。
3d打印也叫加法制造。設(shè)計(jì)者可以用40個(gè)噴頭打印一個(gè)整體部件，而不用分別制造。他們打印的部件在尺寸上類似小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，而設(shè)計(jì)上卻類似推進(jìn)大型發(fā)動(dòng)機(jī)如rs-25發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴。rs-25發(fā)動(dòng)機(jī)是用來推進(jìn)nasa空間發(fā)射系統(tǒng)(sls)火箭的，是舉重型探測(cè)類火箭，將把人類帶到火星上。
“我們不只是想測(cè)試一個(gè)噴嘴，還想證明3d打印能給火箭設(shè)計(jì)帶來變革，提高系統(tǒng)性能。”馬歇爾工程指揮部主管克里斯·辛格說，“在測(cè)試中，這些部件表現(xiàn)得出乎意料的好。”如果用傳統(tǒng)制造方法，要造163個(gè)單獨(dú)零件然后再組裝起來，但3d打印只需兩個(gè)零件，不僅節(jié)約了時(shí)間金錢，而且造出的部件能提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能，減少失敗可能性。
兩個(gè)火箭噴嘴分別由兩家公司打印。“我們的目標(biāo)之一是與多家公司合作，為這種新的制造工藝制定標(biāo)準(zhǔn)。”馬歇爾推進(jìn)工程師詹森·特賓說，“我們與行業(yè)合作，學(xué)習(xí)怎樣在航空硬件制造的每個(gè)階段——從設(shè)計(jì)到空間操作，利用這種加法制造的優(yōu)勢(shì)。我們正在把學(xué)到關(guān)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件制造的一切，應(yīng)用到空間發(fā)射系統(tǒng)及其他航空硬件上。”
由于加法制造設(shè)計(jì)獨(dú)特，不僅能幫設(shè)計(jì)師制造和測(cè)試火箭噴嘴，還能使測(cè)試更快更智能。馬歇爾中心擁有室內(nèi)加法制造能力，“這讓我們能看到測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來修正部件或測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，迅速改變生產(chǎn)再返回來測(cè)試。”負(fù)責(zé)本次測(cè)試的推進(jìn)工程師尼古拉斯·凱斯說，“這會(huì)加速整個(gè)設(shè)計(jì)、開發(fā)與測(cè)試過程，讓我們能以更少的風(fēng)險(xiǎn)和成本努力改革設(shè)計(jì)。”
本著降低未來發(fā)動(dòng)機(jī)的制造復(fù)雜性、節(jié)約時(shí)間、減少制造組裝成本的目的，工程師們不斷測(cè)試越來越復(fù)雜的噴嘴、火箭噴管及其他零件。對(duì)于改進(jìn)火箭設(shè)計(jì)、完成深空任務(wù)來說，加法制造是一種關(guān)鍵技術(shù)。(常麗君)
左圖 工程師用3d打印火箭噴嘴完成了點(diǎn)火燃燒測(cè)試。一些參數(shù)的特定設(shè)計(jì)，旨在提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能。噴嘴混合了液態(tài)氧和氣態(tài)氫，燃燒溫度超過6000華氏度(約3316攝氏度)，產(chǎn)生了超過2萬磅的推擲力。
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據(jù)報(bào)道，通過這次設(shè)計(jì)，nasa工程師推進(jìn)了3d打印技術(shù)的極限。他們先把設(shè)計(jì)方案輸入3d打印計(jì)算機(jī)，然后由打印機(jī)一層層地打出每個(gè)部分，通過激光把金屬粉末融合在一起，這一過程叫做選擇性激光熔融。
3d打印也叫加法制造。設(shè)計(jì)者可以用40個(gè)噴頭打印一個(gè)整體部件，而不用分別制造。他們打印的部件在尺寸上類似小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，而設(shè)計(jì)上卻類似推進(jìn)大型發(fā)動(dòng)機(jī)如rs-25發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴。rs-25發(fā)動(dòng)機(jī)是用來推進(jìn)nasa空間發(fā)射系統(tǒng)(sls)火箭的，是舉重型探測(cè)類火箭，將把人類帶到火星上。
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由于加法制造設(shè)計(jì)獨(dú)特，不僅能幫設(shè)計(jì)師制造和測(cè)試火箭噴嘴，還能使測(cè)試更快更智能。馬歇爾中心擁有室內(nèi)加法制造能力，“這讓我們能看到測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來修正部件或測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，迅速改變生產(chǎn)再返回來測(cè)試。”負(fù)責(zé)本次測(cè)試的推進(jìn)工程師尼古拉斯·凱斯說，“這會(huì)加速整個(gè)設(shè)計(jì)、開發(fā)與測(cè)試過程，讓我們能以更少的風(fēng)險(xiǎn)和成本努力改革設(shè)計(jì)。”
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