技术前沿 - 第20页

学生团队3D打印火箭发动机，铬锆铜深度节流

英国谢菲尔德哈勒姆大学的SHUROC团队，公布了他们第二代液体火箭发动机Noble3 p3。2kN推力，铬锆铜（CuCrZr）整机一次打印，可在500N到2000N之间深度节流。这是他们前两台都没有走过的路：那两台是车铣出来的传统活儿，Noble3是SHUROC 第一次完全交给金属增材制造。他们竟然第一次用3D打印做发动机，做的就是深度节流加着陆任务。这两件事，恰好是商业航天下一代发动机绕不开的两道题。这次项目竞赛（p4）的命题方是英国推进创业公司Protolaunch (p5)，目的是验证它自家的节流系统。题面假设的应用是一个概念性的土卫六（Titan）着陆器，双发集群做最终下降：点火高度30米，下降速度10 m/s，目标在着地瞬间把速度归零。整段燃烧期间推力要在500N–2000N范围内连续可调，氧化剂和燃料都靠空化文丘里管节流，发动机本身则用水做一次性排放冷却。冷却水流过一遍直接排掉，不回流。简单说就是：一台着陆窗口内推力要随时变四倍的发动机，整机壁厚和流道必须在一次构建里同时解决导热、强度和密封。看Noble 3的剖面图 p1 ，入口和出口歧管贴着燃烧室外壁绕一圈做单壁水套。这种结构如果走机加工路径，意味着分体加工、扩散焊或钎焊组装、然后做无损检测确认密封。学生团队的时间和预算都撑不住。激光粉末床熔融（LPBF）的逻辑反过来：水套、喷管、冷却通道、温度传感器孔位、接口螺纹底孔，在同一个工艺循环里一次成形。后处理只需要局部精加工和密封面修整。材料选CuCrZr，是因为它同时具备铜的高导热和合金化带来的高温强度，是目前少数能稳定打印、又适配火箭推力室热环境的铜合金。供应商是Aconity3D，其在火箭发动机打印这条线上已经不是新人。学生团队的发动机本身不会改变商业航天的格局，但它说明金属增材制造做液体火箭发动机，已经从前沿样件变成年度课程项目可以交付的标准选项。一台铬锆铜整机一次打印、推力可变四倍、用于概念着陆器的发动机，作者是一群本科生。这件事五年前不成立。着陆器发动机、深度节流、再入返回小推力变工况，这些过去由国家级别航天机构包揽的题目，正在同时出现在商业公司路线图和学生竞赛工位上。门槛塌下来，3D打印不是唯一原因，但它是把铜合金和复杂内流道做到按周交付的关键一环。