返回首页
www.topisme.com

使用创新的NASA合金发射3D打印火箭

美国国家航空航天局材料工程师Dave Ellis和Chris Protz检查了第一个添加剂制造的GRCop燃烧室。

3月,相对论太空人族1号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射,照亮了夜空。这是首次发射完全由3D打印部件制成的测试火箭,高100英尺,宽7.5英尺。3D打印是增材制造的一种形式,是增强能力和降低成本的关键技术。Terran 1包括九台由创新铜合金制成的额外制造的发动机,其温度接近6000华氏度。

这一系列铜基合金被称为格伦研究铜(GRCop),是在美国国家航空航天局克利夫兰格伦研究中心根据该机构改变游戏规则的开发计划创建的,旨在用于高性能火箭发动机的燃烧室。GRCop是铜、铬和铌的组合,经过优化,具有高强度、高导热性、高抗蠕变性——这在高温应用中允许更多的应力和应变——以及良好的低周疲劳——这可以防止材料失效——高于900华氏度。与传统的铜合金相比,它们能承受高达40%的温度,从而实现更高性能的部件和可重复使用性。

人族1号在2023年3月发射时的火箭排气图像。

20世纪80年代末,美国国家航空航天局希望开发一种能够承受多次发射的近地轨道航天器发动机。火箭发动机在设计和运行环境方面面临着复杂的挑战,包括多次启动和关闭,这些都会对关键部件造成磨损循环。

大卫·埃利斯博士在航天飞机时代作为美国国家航空航天局支持的研究生开发了GRCop合金家族。在他的整个职业生涯中,他不断地使合金及其应用趋于成熟。

埃利斯解释道:“当时,航天飞机主发动机燃烧室内衬通常在执行一到五次任务后更换。”。“我们的研究表明,GRCop-84可以很容易地实现在维护服务和500次发动机寿命任务之间执行100次任务的目标。”

在多年的合金开发过程中,Ellis和他的团队参与了多个项目和计划,如NASA的快速分析和制造推进技术(RAMPT),以推进不同版本的GRCop合金。最近的一次迭代名为GRCop-42,使用各种增材制造方法为火箭发动机制造单件和多材料燃烧室以及推力室组件。这些工艺提高了性能,同时显著降低了推力室部件的重量和成本。

美国国家航空航天局发现GRCop合金与最新的增材制造方法配合得很好。激光粉末床聚变和定向能量沉积等现代制造方法是两种可用于制造许多航空航天应用的GRCop零件的方法,如Terran 1火箭发动机。

添加剂制造的燃烧室显示为过程中。

在激光粉末床聚变中,3D计算机模型被数字化切割成薄层。然后,一台像打印机一样工作的粉末床机器开始一个过程,将薄薄的粉末层铺在一起,融合数千次,形成一个完整的零件。这种将层结合在一起的过程产生了与锻造金属相当的材料强度。这种方法的优点是可以创建精细的零件,例如用于燃烧室和喷嘴的喷嘴和冷却通道。

定向能量沉积(DED)工艺使用激光来创建熔池。然后将粉末吹入熔池并冷却,形成固体材料。机器人的3D运动引导构建过程,用激光和吹制的粉末创建整个零件。与激光粉末床聚变相比,DED工艺产生更大的形状和部件,但精细细节更少。

阿拉巴马州亨茨维尔NASA马歇尔太空飞行中心的首席工程师Paul Gradl说:“像RAMPT这样的开发项目可以推进新合金和工艺,供商业空间、工业和学术界使用。”。“美国国家航空航天局承担了开发风险,并通过认证使早期材料和工艺概念的工艺成熟。GRCop-42合金注入商业空间是美国航空航天局领导的创新如何提高行业能力并为美国不断增长的太空经济做出贡献的又一个很好的例子。”

根据一项可偿还的《太空法协议》,美国国家航空航天局向相对论太空公司提供了技术专业知识,使GRCop-42从开发阶段转变为用于发射Terran 1火箭的飞行准备产品。相对论空间公司已经表明,这些由GRCop合金增材制造而成的性能更高的火箭发动机部件可以用于未来的月球、火星和其他地方的任务。

改变游戏规则的开发是美国国家航空航天局空间技术任务理事会的一部分,该理事会为美国国家航空宇航局当前和未来的任务开发新的交叉技术和能力。


站长QQ:316065270   联系邮箱:316065270@qq.com
Copyright © 2023 Topisme All Rights Reserved.
www.topisme.com 版权所有
沪ICP备11005729号-1