英國謝菲爾德哈勒姆大學的SHUROC團隊,公布了他們第二代液體火箭發動機Noble3 p3。
2kN推力,鉻鋯銅(CuCrZr)整機一次打印,可在500N到2000N之間深度節流。
這是他們前兩臺都沒有走過的路:
那兩臺是車銑出來的傳統活兒,Noble3是SHUROC 第一次完全交給金屬增材制造。
他們竟然第一次用3D打印做發動機,做的就是深度節流加著陸任務。
這兩件事,恰好是商業航天下一代發動機繞不開的兩道題。
這次項目競賽(p4)的命題方是英國推進創業公司Protolaunch (p5),目的是驗證它自家的節流系統。
題面假設的應用是一個概念性的土衛六(Titan)著陸器,雙發集群做最終下降:
點火高度30米,下降速度10 m/s,目標在著地瞬間把速度歸零。
整段燃燒期間推力要在500N–2000N范圍內連續可調,氧化劑和燃料都靠空化文丘里管節流,發動機本身則用水做一次性排放冷卻。
冷卻水流過一遍直接排掉,不回流。
簡單說就是:一臺著陸窗口內推力要隨時變四倍的發動機,整機壁厚和流道必須在一次構建里同時解決導熱、強度和密封。
看Noble 3的剖面圖 p1 ,入口和出口歧管貼著燃燒室外壁繞一圈做單壁水套。
這種結構如果走機加工路徑,意味著分體加工、擴散焊或釬焊組裝、然后做無損檢測確認密封。
學生團隊的時間和預算都撐不住。
激光粉末床熔融(LPBF)的邏輯反過來:
水套、噴管、冷卻通道、溫度傳感器孔位、接口螺紋底孔,在同一個工藝循環里一次成形。
后處理只需要局部精加工和密封面修整。
材料選CuCrZr,是因為它同時具備銅的高導熱和合金化帶來的高溫強度,是目前少數能穩定打印、又適配火箭推力室熱環境的銅合金。
供應商是Aconity3D,其在火箭發動機打印這條線上已經不是新人。
學生團隊的發動機本身不會改變商業航天的格局,但它說明金屬增材制造做液體火箭發動機,已經從前沿樣件變成年度課程項目可以交付的標準選項。
一臺鉻鋯銅整機一次打印、推力可變四倍、用于概念著陸器的發動機,作者是一群本科生。
這件事五年前不成立。
著陸器發動機、深度節流、再入返回小推力變工況,這些過去由國家級別航天機構包攬的題目,正在同時出現在商業公司路線圖和學生競賽工位上。
門檻塌下來,3D打印不是唯一原因,但它是把銅合金和復雜內流道做到按周交付的關鍵一環。
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