韓國航空航天研究所：3D打印火箭發(fā)射器的趨勢

2020年5月15日，南極熊獲悉，韓國航空航天研究所的研究人員研究了3D打印火箭部件的精細細節(jié)，并在 "Additively Manufactured Small Rocket Engines for Launcher Applications"中公布了他們的研究結果。

隨著越來越多的太空創(chuàng)業(yè)公司參與到運載火箭的制造中來，3D打印在生產中扮演著重要的角色。因為它提供了所有的經典優(yōu)勢，如經濟實惠、制造速度、創(chuàng)新能力前所未有的創(chuàng)新能力，最重要的是沒有中間商。Space X、Rocket Lab，當然還有NASA也都將3D打印技術放在了頭條，無論是3D打印的推進器，還是整個火箭，都是頭條新聞。

SpaceX公司的SuperDraco發(fā)動機

在這項研究中，研究人員為火箭發(fā)動機制造了一個氣門殼體，發(fā)掘了這種技術的未來潛力，以及如何為彈射發(fā)動機降低成本。展望SpaceX SuperDraco，研究團隊關注了增材制造在航天領域的進展。更進一步，他們討論了火箭實驗室Rocket Lab的Rutherford引擎，該引擎用于2018年最終進入太空軌道的Electron彈射器。工程師們能夠3D打印出幾乎所有的零件，將一臺地面推力為24千牛的發(fā)動機和地面比推力為311秒的發(fā)動機成功送入太空。

美國制造的3D打印發(fā)動機規(guī)格。

私人航天公司Rocket Lab的首席執(zhí)行官Peter Beck手持盧瑟福發(fā)動機，站在Electron Rocket旁邊

渦輪泵是發(fā)動機中最復雜的部件之一，研究人員注意到，在該部件上必須花費更多的時間進行設計，分析和驗證。渦輪泵分為許多不同的部分，每個部分都有單獨的制造方法，占整個發(fā)動機成本的45％。

研究人員說：“各個國家都在以各種形式嘗試將增材制造技術整合到渦輪泵的生產中。渦輪泵需要差異化的增材制造策略，因為主要零件的形狀很復雜，并且實現功能需要形狀限制。”

SpaceX是增材制造工藝的先驅和靈感來源，展示了這種先進的，前瞻性的思維在生產中的好處。 NASA已經使用3D打印數十年了，一直在為各種項目制造零件，包括生產較小的渦輪泵。在制定諸如低成本高層項目和增材制造演示引擎之類的任務時，NASA繼續(xù)證明3D打印對成本降低，加快進度以及設計靈活性的好處。

目前，歐空局正計劃建造一種甲烷發(fā)動機（Prometheus），而瑞典的GKN據說正在通過增材制造來生產渦輪盤和殼體。而且，隨著許多國家和組織設計新的航空航天部件，日本正在開發(fā)一種H-3射彈-具有膨脹器放氣發(fā)動機-而不是以前的“燃料豐富”的多級發(fā)動機。 IHI目前正在制造一種3噸級的甲烷膨脹發(fā)動機。盡管它們可以節(jié)省時間和成本，但也有人聲稱增加的表面粗糙度會影響性能：

研究人員說：“在開發(fā)渦輪泵的情況下，通過改善葉輪的粗糙度，泵頭可提高15％或更多�！�

用于PROMETHEUS發(fā)動機的渦輪葉片

研究人員總結道："到2019年年底，使用快速成型制造成功發(fā)射的發(fā)動機只有SpaceX的SuperDraco和Rocket Lab的Rutherford發(fā)動機。"

"目前，大多數用于射出式發(fā)動機部件增材制造的材料都是Inconel 718，有些公司使用的是Ti-6Al-4V或銅合金。"

論文下載（兩個壓縮包全部下載），原文為韓語。

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2020-5-15 13:17 上傳

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