總部位于迪拜的工程公司 LEAP 71 已進入其火箭發(fā)動機計劃的新階段，專注于開發(fā)兆牛頓級推進系統(tǒng)。這項工作包括兩個關(guān)鍵的發(fā)動機設(shè)計：一個 200 kN 的氣釘和一個 2000 kN 的鐘形噴嘴，兩者都建立在以前使用較小型號發(fā)動機的工作基礎(chǔ)上。該公司正在使用計算工程技術(shù)和工業(yè)規(guī)模的 3D 打印來制造為未來太空任務(wù)量身定制的復(fù)雜推進系統(tǒng)。

“我們正在制造的 aerospike 和鐘形噴嘴發(fā)動機并不是獨立的工作，它們是相同計算 DNA 的不同表達方式，”LEAP 71 董事總經(jīng)理 Josefine Lissner 解釋道?！斑@種有凝聚力的方法使我們能夠探索不同的引擎架構(gòu)，而無需每次都重新發(fā)明輪子。這是一個擴展復(fù)雜性的系統(tǒng)過程。

新的推進系統(tǒng)被設(shè)計為完全集成的推進解決方案。該公司強調(diào)了其在大幅面金屬增材制造方面的進步，能夠打印尺寸超過 1.5 米的零件。該技術(shù)可以直接生產(chǎn)全尺寸、高推力發(fā)動機部件，同時還可以減少零件數(shù)量，無需復(fù)雜的組件，并簡化了精度和后處理要求。

之前的演示展示了由單個銅片制成的 5 kN aerospike 發(fā)動機，展示了這種方法的潛力。目前的設(shè)計建立在這一概念之上，結(jié)合了 XRB-2E6 的 600 毫米噴油器頭及其海平面噴嘴等組件，這些組件需要大約 1.6 米的構(gòu)建高度。

火箭發(fā)動機的詳細模型。照片來自 LEAP71。

盡管取得了進展，但 LEAP 71 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Lin Kayser 強調(diào)了將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為工作硬件的實際挑戰(zhàn)?！白钇D巨的挑戰(zhàn)仍然是將計算模型轉(zhuǎn)換為真實的、可測試的硬件，”Kayser 說?！疤貏e是在渦輪機械中，密封、材料疲勞和啟動和關(guān)閉期間的瞬態(tài)條件至關(guān)重要。這些不僅僅是設(shè)計問題，它們需要實際測試、迭代以及與制造合作伙伴的密切合作。

該計劃遵循結(jié)構(gòu)化的多年路線圖，從更簡單的配置（如氣體發(fā)生器循環(huán)）開始，以建立堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。XRA-2E5 aerospike 發(fā)動機的第一次測試活動將在 18 個月內(nèi)進行。更先進的 XRB-2E6 鐘形噴嘴發(fā)動機具有全流量分級燃燒循環(huán)，預(yù)計將于 2029 年準備就緒。

“這是一段漫長的旅程，但我們在計算工程和現(xiàn)代制造工具方面取得的進展速度是有希望的，”Lissner 說?！拔覀兿嘈胚@種方法有可能徹底改變推進系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)方式?！?/p>

隨著計劃的進展，LEAP 71 正在與增材制造合作伙伴密切合作，以驗證全尺寸生產(chǎn)流程。該公司還與航空航天客戶合作，將其參考設(shè)計調(diào)整為軌道任務(wù)的飛行就緒推進系統(tǒng)。

3D 打印太空火箭

2023 年，澳大利亞傳熱專家 Conflux Technology 與德國航天火箭制造商奧格斯堡火箭工廠 （RFA） 合作，將其 3D 打印換熱器嵌入軌道火箭中。作為澳大利亞航天局“從月球到火星”計劃的一部分，熱交換器組件使用 Conflux Technology 的 Monel K 500 金屬合金材料和 EOS M300-4 直接金屬激光燒結(jié) （DMLS） 3D 打印機進行 3D 打印。

在其他地方，Relativity Space 發(fā)射了世界上第一枚 3D 打印火箭 Terran 1，這標志著增材制造在航天工業(yè)中的作用向前邁出了重要一步。從佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射后，該火箭（其中 85% 是 3D 打印的）最終未能進入軌道。然而，Terran 1 的發(fā)射被 Relative Space 譽為成功，該公司打算將未來飛行器的 3D 打印質(zhì)量提高到 95%。

編丨瀟歌

圖丨網(wǎng)絡(luò)

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