学生团队3D打印打造新版旋转爆轰火箭发动机
ARIS火箭发动机的核心部件铜质本体是一层层3D打印堆出来的。
刚发布的PEGASUS Gen2,第二代旋转爆轰火箭发动机。
普通火箭发动机是把燃料稳稳地烧掉,像个超大号喷火枪。
旋转爆轰发动机(英文缩写RDRE)反着来,它让燃料在一个圆环形的腔里一下下爆炸,爆炸冲击波绕着圈狂奔。
这类发动机的冲击波最快每秒能绕两万圈,产生比稳烧高得多的压力和温度,把燃料里的能量榨得更干净。
ARIS是苏黎世联邦理工(ETH Zurich)的学生航天团队。
它的前身项目PERSEUS造出全球第一台学生自制的旋转爆轰火箭发动机。
到Gen1又推进到液体燃料阶段,烧液态丙烷加液氧。
PEGASUS的铜质发动机本体,中间的圆环就是燃料绕圈爆炸的地方。
效率这点是关键。据报道,这种炸着烧的方式理论上比常规发动机省10%到20%的燃料,听着不多,但火箭起飞重量里燃料占了八到九成。
省下这点,换算成多带的货或省下的钱,是真金白银。
炸得这么猛,温度压力要求都会更加极端,普通加工根本做不出既扛得住又能散热的腔体。3D打印就是为这个上场的。
Gen2本体由赞助商FeramicAG用一种叫CuCrZr的材料打印,喷注器(给发动机喷燃料的喷头)则用不锈钢做。
CuCrZr是铜铬锆合金,往纯铜里掺一点点铬和锆,相当于给软铜加了筋,既保住了铜的导热,又把强度和硬度提上来。
还有个价值点,3D打印能把冷却用的弯曲细管直接长在壁里面。
火箭发动机有个巧办法叫再生冷却,让还没烧的冷燃料先在壁内的细管里绕一圈,顺手把壁面的热带走再进去烧,等于拿燃料自己当冷却液。
这种弯弯绕绕的内部管道,传统铣刀很难做出来,就算做出来还得焊接,工艺难度大良率低,3D打印是最适合的工具。
Gen2这一代的设计全压在散热上。
官方说重做了冷却系统,改了喷管的内壁曲线来榨推力,还强化热管理挡住流向关键部位的热量,目标是把推力做到1kN左右,并达到热稳态。
喷注器是另一个难点。
它得在一毫秒内把丙烷和液氧混匀喷进去,算错一步爆炸波就可能往回窜。
Gen2的喷注器加工,ARIS专门请了ZECHA和它的瑞士经销商DIHAWAG提供专用钻头,inspire AG钻喷注孔,PDZ做常规件,eMDe Blechfabrik AG做不锈钢小件。
这事真正的看点不在那两万次爆炸。
一支学生队伍能靠3D打印加供应链,做出过去只有国家级机构才能行的火箭推进技术。
硬科技创新的门槛正在继续降低。


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