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。


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