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3D打印百科
3D打印助力美国首个下一代AR1发动机完成建造
发表日期:2021-01-18 12:00 浏览次数:85

       AR1是一款50万磅推力级的液氧/煤油发动机,美国希望用它来替代俄罗斯的RD-180发动机。根据CNBC2021年1月13日消息,Aerojet Rocketdyne完成了AR1的建造,点火测试计划于2022年启动。Aerojet Rocketdyne于2015年就成功完成了对其AR1增压发动机关键部件的热点火测试。

Engine_AR1_CNBC
AR1发动机©CNBC

下一代火箭发动机的激烈竞争角逐

        当传统制造技术无法满足要求时,3D打印技术为其开辟了一条全新的道路。金属3D打印技术以其能够快速制备具有高材料性能、异形结构、结构一体化整体特性的零部件特点,开启了下一代产品的创新途径。

这样不仅实现了零件的整体化结构,避免了原始多个零件组合时存在的连接结构(法兰、焊缝等),也可以帮助设计者突破束缚实现功能最优化设计。一体化结构的实现除了带来轻量化的优势,减少组装的需求也为企业提升生产效益打开了可行性空间。
AR1发动机

Engine_AR1_CNBC_2©CNBC

Aerojet Rocketdyne在过去二十多年中投入了大量时间和资源开发3D打印/增材制造应用,以满足火箭发动机和防御系统应用的严格要求。根据3D科学谷的市场研究,近年来,Aerojet Rocketdyne在开发该技术方面取得了多项成功,产品范围广泛,包括部件原型,以及进行点火试验的完全由3D打印技术制造的发动机和推进系统。

block 3D打印喷射器技术

     2015年NASA和Aerojet Rocketdyne公司就完成了对其火箭AR1增压发动机喷油嘴的测试,目的是为了评估各种主要喷油部件的设计和制造方法。喷射器是用选区激光熔化金属3D打印技术制造的。测试在超过2000 psi的压力下进行,在当时这是火箭发动机应用中一个3D打印部件的最高压力热点火测试。测试结果表明仅在主喷射器一项,3D打印就把零部件的交货时间减少了近9个月,并降低了70%的成本。

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3D打印主喷射器©Aerojet Rocketdyne

block 3D打印铜合金

     Aerojet Rocketdyne在3D打印的铜合金推力室部件方面具备一定的开发经验,相比传统的制造工艺,选区激光熔化3D打印技术为推力室的设计带来了更高的自由度,使设计师可以尝试具有更高热传导能力的先进结构。而增强的热传导能力使得火箭发动机的设计更加紧凑和轻量化,这正是火箭发射技术所需要的。

     通过选区激光熔化 3D打印技术制造优化升级的推力室部件,Aerojet Rocketdyne的铜合金推力室制造周期为1个月,比以往的制造周期缩短了数月。由于根据3D打印技术的特点进行了设计改进,Aerojet Rocketdyne 降低了制造过程的复杂性,并且获得了更低的制造成本。

block 竞争目前失利于BE-4

     R-1目前在赢得市场订单方面失利于Blue Origin的BE-4发动机。而Blue Origin采用3D打印技术来打印BE-4火箭发动机的壳体、涡轮、喷嘴、转子。BE-4是以液化天然气为燃料的新一代火箭发动机。BE-4除了主泵提供的推力,还通过几个“升压”涡轮泵,混合液态氧和天然气从而提供500000磅的推力。可以说3D打印在Blue Origin的发动机的生产中发挥了关键作用,更令人大开眼界。