美國成功應用3D打印火箭發動機噴嘴點火

近日，美國國家航空航天局(nasa)成功測試了兩個迄今設計最復雜的、3d打印制造的火箭發動機噴嘴。兩個噴嘴分別進行了5秒鐘點火試飛，產生了2萬磅的推力。設計的氫氧旋混幾何流型使燃燒產生的推力達到每英寸1400磅，溫度達到6000華氏度。測試地點在亞拉巴馬州的馬歇爾空間飛行中心。
據報道，通過這次設計，nasa工程師推進了3d打印技術的極限。他們先把設計方案輸入3d打印計算機，然后由打印機一層層地打出每個部分，通過激光把金屬粉末融合在一起，這一過程叫做選擇性激光熔融。
3d打印也叫加法制造。設計者可以用40個噴頭打印一個整體部件，而不用分別制造。他們打印的部件在尺寸上類似小火箭發動機噴嘴，而設計上卻類似推進大型發動機如rs-25發動機的噴嘴。rs-25發動機是用來推進nasa空間發射系統(sls)火箭的，是舉重型探測類火箭，將把人類帶到火星上。
“我們不只是想測試一個噴嘴，還想證明3d打印能給火箭設計帶來變革，提高系統性能。”馬歇爾工程指揮部主管克里斯·辛格說，“在測試中，這些部件表現得出乎意料的好。”如果用傳統制造方法，要造163個單獨零件然后再組裝起來，但3d打印只需兩個零件，不僅節約了時間金錢，而且造出的部件能提高火箭發動機性能，減少失敗可能性。
兩個火箭噴嘴分別由兩家公司打印。“我們的目標之一是與多家公司合作，為這種新的制造工藝制定標準。”馬歇爾推進工程師詹森·特賓說，“我們與行業合作，學習怎樣在航空硬件制造的每個階段——從設計到空間操作，利用這種加法制造的優勢。我們正在把學到關于火箭發動機部件制造的一切，應用到空間發射系統及其他航空硬件上。”
由于加法制造設計獨特，不僅能幫設計師制造和測試火箭噴嘴，還能使測試更快更智能。馬歇爾中心擁有室內加法制造能力，“這讓我們能看到測試數據，根據數據來修正部件或測試標準，迅速改變生產再返回來測試。”負責本次測試的推進工程師尼古拉斯·凱斯說，“這會加速整個設計、開發與測試過程，讓我們能以更少的風險和成本努力改革設計。”
本著降低未來發動機的制造復雜性、節約時間、減少制造組裝成本的目的，工程師們不斷測試越來越復雜的噴嘴、火箭噴管及其他零件。對于改進火箭設計、完成深空任務來說，加法制造是一種關鍵技術。(常麗君)
左圖 工程師用3d打印火箭噴嘴完成了點火燃燒測試。一些參數的特定設計，旨在提高火箭發動機性能。噴嘴混合了液態氧和氣態氫，燃燒溫度超過6000華氏度(約3316攝氏度)，產生了超過2萬磅的推擲力。


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