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全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

火箭发射可以说蕴含着世界上最尖端的科技,尤其在结构设计上,火箭每减重1kg,就可以节约两万美元的发射成本。

从前苏联发射第一颗火箭以来,火箭的制造技术一直在改进,然而经过几十年的设计优化后,传统的加工制造技术遇到不少瓶颈,这时,3D打印技术的出现带来了新的转机。

全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

2019年11月18日,南极熊获悉,美国私人航空航天公司Launcher计划对其最新研制的E-2火箭发动机进行首次全面测试,与常规火箭相比,该火箭最大的创新在于其发动机配备了3D打印的燃烧室, 测试日期定为2020年中旬。

全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

下面南极熊就带你来看看,他们之前已经成功测试过的3D打印E-1火箭发动机燃烧室是怎样制造出来的。
首先,在电脑中设计出燃烧室的三维结构(3D数据),值得注意的是这样的结构是专为3D打印制造工艺而设计的,经过结构优化设计之后,不但性能更强而且重量更轻。

然后,将数据进行切片处理(将设计好的3D模型数据转化为3D打印机可以识别的工作指令),导入到金属3D打印机中。

所需要用到的铜合金粉末材料等一切准备就绪之后,便开始进入令人兴奋的3D打印环节,使用激光一层一层的融化粉末,每融化一层金属粉末之后,就铺上一层新的粉,然后继续熔融堆积,直至打印完成。

打印完成之后,清除燃烧室周边的多余金属粉末材料。

3D打印的燃烧室基本结构就已经完成了

全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

然后进行初步的测量:

此时的3D打印燃烧室机构内部还存在很多的内应力,需要进行高温退火处理。

退火之后,燃烧室的性能得到进一步的提升,此时需要去除在激光熔融打印时在表面形成的支撑结构。

表面喷砂工艺,使燃烧室具有更加光滑的表面。

下面将燃烧室放入CNC加工中心(减材制造工艺),进行钻孔

用三坐标测量仪来检测燃烧室的尺寸精度,确保最终的工件的尺寸符合使用要求。

三维扫描仪来扫描最终的燃烧室,逆向获取其3D数据。

所有的后处理工作、测量工作完成之后,即将进入令人更加兴奋地测试环节,将燃烧室固定在测试架上面。

这款3D打印技术制造的铜合金E-1火箭发动机燃烧室经过测试,推力达到2.77KN,最大压力:430PSI,最大室温度:3600KELVIN。

而2020年要测试的是最新升级版的E-2发动机,Launcher Engine-2将是小型卫星发射器级别中性能最高的引擎-具有最大推力,最低推进剂消耗量和最低每磅推力成本。

全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

△Launcher的 E-2发动机

全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

△Launcher的 E-2发动机的详细细节

每个发动机产生10吨推力(22,000磅力),四个Engine-2液体火箭发动机将为Rocket-1的第一阶段提供动力。第五台经过真空优化的Engine-2发动机将为第二阶段提供动力。

全球最大3D打印火箭发动机燃烧室是怎样造出来的?

Engine-2或E-2也可以出售给商业和政府客户,以与他们自己的运载火箭集成。

据南极熊了解,3D打印的E-2发动机燃烧室由EOS集团旗下的AMCM制造,这个零件据称是世界上最大的3D打印液体火箭发动机燃烧室单体部件。

Launcher公司于2017年在纽约布鲁克林成立,是一家航空航天初创公司,他们开发的Rocket-1运载火箭高20米(65英尺)长,可以将重达773千克(1,704磅)的卫星传送到低地球轨道。

最初,该公司与EOS合作,于2018年用铜合金3D打印其E1概念验证发动机的底座,E-1发动机是Launcher的第一代液氧冷却燃烧室。后来,Launcher于2019年开发了液氧和煤油E-2发动机,并选择与AMCM合作为发动机生产3D打印燃烧室。E-2发动机采用高性能铜合金3D打印,高度为860毫米(34英寸),出口喷嘴直径为410毫米(16英寸),进入轨道所需的推进剂更少,从而使发射器每枚火箭可以运载更多的卫星货物,其价格比竞争对手更低。

Launcher在2019年11月5日(空军太空日)获得美国空军太空与导弹系统中心(SMC)的150万美元奖励。

AMCM将在2019年Formnext 11.1号展馆C49展位上展示全尺寸Launcher E-2燃烧室模型。


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