推力提高200磅，NASA 3D打印混合金屬的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室

美國宇航局NASA和衛(wèi)星發(fā)射公司Virgin Orbit已經(jīng)為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)了一個(gè)可用的3D打印燃燒室。 該組件采用銅制成，旨在推動(dòng)商業(yè)空間領(lǐng)域3D打印的采用，并降低未來NASA任務(wù)的成本。

Virgin Orbit成立于2017年，過去兩年一直與美國宇航局燃燒和增材制造專家合作，在阿拉巴馬州馬歇爾太空飛行中心（MSFC）以及克利夫蘭和加利福尼亞的其他中心。

作為持續(xù)開發(fā)過程的一部分，最新的3D打印燃燒室成功完成了MSFC的測試射擊，可提供高達(dá)2,000磅的推力。

燃燒室是所有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件。在這里推進(jìn)劑混合并點(diǎn)燃，產(chǎn)生高達(dá)5,000°F（2760°C）的極高溫度。

這需要復(fù)雜的內(nèi)部冷卻通道，其中充滿冷卻至絕對零度以上低于100°F（38°C）的氣體。復(fù)雜的冷卻過程使燃燒室成為最難開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件之一，同時(shí)保持低成本和交付周期。

根據(jù)NASA高級工程師和Virgin Orbit項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Paul Gradl的說法，“傳統(tǒng)上，制造，測試和交付傳統(tǒng)燃燒室需要數(shù)月時(shí)間。我們可以大大減少這個(gè)時(shí)間?！?/font>

“增材制造已經(jīng)準(zhǔn)備好增加和改進(jìn)傳統(tǒng)工藝。它提供了新的設(shè)計(jì)和性能機(jī)會(huì)，并提供了一個(gè)高度耐用的硬件 - 通過這種合作關(guān)系，我們進(jìn)一步提升了這一能力?！?/font>

此項(xiàng)目增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，也面臨3D打印多金屬銅組件的挑戰(zhàn)。銅由于其高導(dǎo)熱性，優(yōu)異的蠕變（變形）性和高溫強(qiáng)度以及經(jīng)濟(jì)性而對航空航天工業(yè)特別感興趣。然而，由于其天然光澤，銅已被證明是一種難以用于增材制造的材料，因?yàn)樗从沉思す馐┘拥臒崃俊?/font>

盡管如此，一些航空航天公司已經(jīng)成功地使用銅基合金生產(chǎn)零件。私人太空探索公司Aerojet Rocketdyne于2017年展示了其銅基SLM制造的RL-10火箭推力室。航空航天初創(chuàng)公司Launcher于2018年成功試射了EOS 3D打印銅火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。美國宇航局也有一些先驗(yàn)該材料的成功，3D打印2015年第一個(gè)全尺寸銅火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

為了打造多金屬燃燒室，Virgin Orbit工程師使用了經(jīng)過驗(yàn)證的NASA增材制造銅合金GRCop-84，該合金于2014年開發(fā)，用于在腔室內(nèi)部排列。然后用Virgin Orbit的混合增材/減材一體機(jī)打印，該機(jī)器應(yīng)用第二個(gè)雙金屬超合金夾套，然后將零件加工到正確的尺寸。

今年早些時(shí)候，美國宇航局的研究人員宣布開發(fā)GRCop-84最終替代品GRCop-42。高強(qiáng)度，高導(dǎo)電性銅基合金由美國宇航局MSFC和俄亥俄州美國宇航局格倫研究中心（GRC）的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建。希望GRCop-42具有更高的導(dǎo)熱性，同時(shí)匹配GRCop-84的強(qiáng)度。

開發(fā)多金屬零件的好處是，您可以利用各個(gè)金屬的獨(dú)特屬性（如強(qiáng)度或?qū)嵝裕﹣韯?chuàng)建更強(qiáng)大，更高性能的最終產(chǎn)品。

Virgin Orbit先進(jìn)制造經(jīng)理Kevin Zagorski在談到不同金屬的加入時(shí)說：“我們采用的多種優(yōu)化材料和增材制造技術(shù)相結(jié)合，代表了3D打印生產(chǎn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室取得顯著進(jìn)步?！?/font>

“我們與NASA的合作所獲得的信息將成為應(yīng)用這些技術(shù)的關(guān)鍵”他補(bǔ)充道。

燃燒室在2018年末/ 2019年初使用高壓液氧/煤油推進(jìn)劑進(jìn)行了測試，在一系列60秒的試驗(yàn)火災(zāi)中產(chǎn)生超過2,000磅的推力。

編譯自：3dprintingindustry