再生冷却

UCL火箭（UCLR），伦敦大学学院的学生主导火箭团队，完成了其首个低温再生冷却火箭发动机的热火测试。该静态测试使用了一台7千牛液氧（LOX）和异丙醇（IPA）发动机，其燃烧室由Eplus3D打印的CuCrZr材料制成，内含57条内部冷却通道。

澳大利亚学生团队在Race2Space赛事中首次使用CSIRO Lab22设备制造的再生冷却发动机，开创了先例。

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。

NordSpace公开了Hadfield-10液体火箭燃烧室的内部剖面。这台发动机在公司内部用粉末床熔融一体打印（金属3D打印），材料为航空航天级超合金搭配自有打印工艺。他们把切开的燃烧室当成工艺反馈工具，读取再生冷却流道的制造精度、燃烧与流动特征、内壁碳层沉积、喷注器表现，以及非标试车下的损伤和失效模式。 单件打印再生冷却室，恰恰是金属增材制造在火箭领域最能体现价值、也最难啃的部分。流道几何复杂，壁厚很薄，对一致性极其敏感，传统加工几乎做不出来。能靠剖面持续读出这些细节并迭代，是把打得出来推进到打得稳定的关键一步。按NordSpace说法，这套燃烧室积累的工艺知识，正在喂给一款专利申请中、涡轮泵供给的Hadfield轨道级发动机。公司自称是加拿大史上最强火箭发动机，用于Tundra和Tempest两款运载火箭，前者目标500到1100公斤入低地球轨道，后者5000公斤以上。由Hadfield动力的Taiga亚轨道火箭，意在成为加拿大本土首枚商业液体火箭，但它至今没有飞起来。2025年8到9月的发射窗口里，因天气和点火安全系统误触发等问题多次推迟，期间还出现发射台起火，以及安大略试验场与纽芬兰发射场推进剂质量差异的问题。随后又为了赶国防部的Launch the North主权发射竞赛，奖金总额1.05亿加元，申请1月9日截止，把发射推到了2026年。截至2026年5月底，公司称已具备发射条件，仍在等待窗口，重心已转向2028年的轨道发射和Hadfield-150轨道级发动机。AM易道认为，史上最强这个名头笑笑就好，而他们把3D打印零件剖开看，靠横截面去读流道、碳层和失效位置这个思路值得关注。#金属3D打印 #粉末床熔融 #火箭发动机 #再生冷却 #增材制造

本文通过交互网页展示了计算工程设计思维：将工程目标与物理约束转化为算法，让几何自行生成。四个真实场景（液冷板、火箭喷管、机翼点阵、骨植入物）让读者亲手拖动参数，直观感受“物理反推形状”的设计逻辑。

位于迪拜的莱普七十一计算工程公司与上海金属增材制造系统制造商华佰鼎协作，研制出可产生两百千牛推力的三D打印塞式火箭发动机。这台高一米的发动机在上海亚洲三维打印展展出，双方以此组件展现了面向航天推进领域的大幅面金属增材制造技术。

这台发动机从设计到成型，没有工程师画过一张图。设计由软件完成，制造由3D打印机器完成。LEAP71的计算系统Noyron输入物理约束，自动推导出全部几何结构；汉邦（HBD）的十激光大幅面金属打印机，把它作为一个完整零件打印出来。aerospike构型是一种燃烧室做成环形、中间立锥形棘突的发动机，气流沿棘突外侧膨胀，从海平面到真空全程高效，很难实现的工程方案。现在它站在那里了。传统火箭用钟形喷嘴，针对某个特定高度优化。海平面效率不错，高空大气稀薄，膨胀比变了，效率就掉下来。大多数火箭只能折中取值，将就着用。aerospike（气动塞式）燃烧室做成环形，中间立棘突，大气压力自动整形气流，全高度范围内保持效率。理论上，这是更好的方案。但内部结构极度复杂。冷却通道要绕整个环形燃烧室走，棘突热负荷最集中，还要单独用液氧冷却。传统加工没有能力处理这个复杂度，几十年停在论文里。一直卡住它的，是制造限制。LEAP71的Noyron算法是大型计算工程模型，输入物理条件和制造边界，系统自己推导出完整设计。推力200kN、燃料液态甲烷、氧化剂液氧、需要再生冷却、适配可复用火箭上面级，告诉它条件，它给你结构，工程师不参与几何决策。这是第三台这样生成的发动机，前两台20kN级别的已经在过去15个月里完成了热试车。这次推力放大10倍。制造端，汉邦拿出了十激光大幅面打印机，成型空间830×830×1250毫米，材料718，航天推进常用的高温镍基合金。整台发动机单件打印，无焊缝，无拼接。外侧环形燃烧室由低温甲烷冷却，棘突内部走液氧冷却通道，两路分工，全部集成在一个打印件里。这台发动机将在上海TCT Asia展出，背后的商业航天合作方是澳大利亚的Aspire Space，目标是大型可复用运载火箭的上面级。完全可复用火箭是下一个商业航天战场，两级都要回收，都要重新点火，推进系统必须在大气内外全程高效。XRA-2E5目前的定位是制造验证里程碑，热试车资格认证还在路上。aerospike在大推力级别从未飞过。燃烧稳定性、极端工况下的冷却表现、深度节流能力，都是等待验证的问题。制造成功是一道门，点火是另一道门，飞起来是第三道门。当AI软件能在没有人参与的情况下设计出航天发动机，工程经验这四个字的含义正在改变。它不再只存在于人的大脑里，它开始可以被编码、被调用、被无限复制。引用图片自Leap71&HBD及报道自TCTGroup

该以单件Inconel 718整体结构制造的甲烷液氧发动机，专为可重复使用运载火箭上面级而设计。

德国学生火箭团队Elara Aerospace最近晒出新进展：一个火箭发动机喷嘴打印完成，正在后处理。这个团队2024年初由几个慕尼黑工大学生创立。其目标是建造全球最大的大学生制造可复用甲烷液氧火箭，飞到150公里。 如果成功，这将是首个把甲烷液氧火箭送过卡门线的大学生团队。按照官方发布，这款28kN喷嘴从设计之初就基于增材制造原理，打印无需支撑结构，涡轮泵接口和TVC执行器接口全部集成。打印由Aconity3D完成，粉末来自m4p material solutions。火箭发动机喷嘴的核心挑战之一是冷却。再生冷却是常见策略，让燃料在发动机壁内的小通道中高速流动，冷却壁面后再注入燃烧室。这些冷却通道形状复杂、路径曲折。3D打印基本上是让这么小的发动机实现再生冷却的唯一方法。这里面还有个技术核心是需要设计时把通道角度确保调整成自支撑的45度，省掉支撑结构。大学生造火箭团队全球范围内全面开花，除了Elara，代尔夫特理工大学学生团队DARE的Firebolt发动机更极端。Inconel 718（GH4169）打印的内壁只有0.5毫米，接近金属3D打印的孔隙极限。 在一周内完成三次成功热试车，最长燃烧6.5秒，峰值推力9.73kN。 这些测试数据并不惊艳，但全球大学生们正在获得3D打印造火箭的第一手实战经验。 可以预见这些人这些团队三五年后会进入商业航天行业。他们今天摸索的无支撑策略、冷却通道设计、除粉工艺，就是未来的行业基本功。也将奠定航天的增材制造优先的未来设计理念。但当大学生团队都开始强调火箭的增材优先设计，说明行业的新认知正在转变。设备越来越成熟，粉末供应链也在完善，接下来比拼的可能是谁更懂为3D打印而设计。对3D打印创业者来说，AM易道认为有几个点：一是DfAM能力可能比设备更稀缺。如果你的团队还在用传统思路画图、再想办法让它能打印，可能要重新审视一下流程。二是学生/科研项目是低风险的试验田。 他们愿意试新工艺、能接受失败、对价格敏感但对周期宽容。可以考虑把这类客户作为新能力的验证入口，顺便提前锁定未来的技术决策者。三是粉末和后处理环节有被低估的机会。 狭窄冷却通道的除粉工艺是个真实痛点。 喷嘴出炉不算大新闻。但它折射的趋势是增材制造思维向下一代工程师的全面扩散。等这批人进入工业界，增材优先将是最底层的工程思维。图片出自Elara及相关公开报道。#增材制造 #3D打印 #商业航天