“蒼穹”試車，華曙助力火箭發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)重大創(chuàng)新

來源：華曙高科

2022年3月25日，南極熊獲悉，我國航天民營企業(yè)星河動力公司50噸級液氧/煤油發(fā)動機(jī)首次全系統(tǒng)試車圓滿成功！這是“蒼穹”發(fā)動機(jī)的首次全系統(tǒng)試車，本次試車成功，標(biāo)志著我國民營商業(yè)航天領(lǐng)域最大推力的液氧/煤油發(fā)動機(jī)正式進(jìn)入工程研制階段。

“蒼穹”50噸級可重復(fù)使用液氧/煤油發(fā)動機(jī)是國內(nèi)首款采用針?biāo)ㄊ絿娮⒓夹g(shù)的大推力液體火箭發(fā)動機(jī)，具備深度變推能力，是200-300噸級液體火箭垂直回收的最佳選擇。其中，該發(fā)動機(jī)的渦輪泵和液氧煤油主閥殼體等多款零件由飛而康科技采用華曙高科金屬3D打印解決方案生產(chǎn)。

“蒼穹”可重復(fù)使用液氧/煤油發(fā)動機(jī)（來源：星河動力、飛而康科技）

此次全系統(tǒng)試車目的是驗(yàn)證發(fā)動機(jī)起動關(guān)機(jī)時序、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)方案可行性、各組合件工作協(xié)調(diào)性。試車過程中，發(fā)動機(jī)按預(yù)定程序起動，點(diǎn)火、起動和轉(zhuǎn)級正常，各組件工作正常，燃燒穩(wěn)定，噴管出口火焰明亮，主要參數(shù)與調(diào)整計(jì)算值一致，按程序關(guān)機(jī)，試后產(chǎn)品完整，試驗(yàn)取得圓滿成功。

開發(fā)多項(xiàng)專屬定制金屬3D打印工藝
2019年7月，飛而康科技與星河動力公司建立了聯(lián)系，并在9月正式承接了此項(xiàng)目，各大小零件總計(jì)30多件。該批零件在設(shè)計(jì)制造的過程中，使用了華曙高科金屬3D打印解決方案，歷時4個月順利完成所有零件的交付。期間，飛而康團(tuán)隊(duì)在華曙高科開源金屬3D打印設(shè)備上開發(fā)了針對火箭發(fā)動機(jī)部件的激光束焊接，葉輪、轉(zhuǎn)軸的五軸加工工藝，動平衡實(shí)驗(yàn)，陽極氧化處理，以及氣壓液壓測試多套專屬定制試驗(yàn)工裝。此次與星河動力公司的合作是在火箭發(fā)動機(jī)部件增材制造發(fā)展上的一個大膽突破。

飛而康金屬增材制造超級工廠

圖片來源：飛而康科技

“蒼穹”液氧/煤油發(fā)動機(jī)作為星河動力公司“智神星一號”可重復(fù)使用液氧/煤油運(yùn)載火箭第一級（7臺并聯(lián)）和第二級（1臺）的主動力裝置，是新型多次啟動變推力燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)液體火箭發(fā)動機(jī)。每臺發(fā)動機(jī)海平面額定推力50噸（第一級具備1臺“Engine-out”能力），最小工況海平面推力10噸，變推工作時滿足助推級垂直下降和軟著陸回收要求，發(fā)動機(jī)具備多次重復(fù)使用和故障檢測與隔離能力。每臺發(fā)動機(jī)重復(fù)使用次數(shù)50次，具備±6°搖擺能力，發(fā)動機(jī)推重比大于120。

發(fā)動機(jī)運(yùn)行動畫（來源：3D打印技術(shù)參考）

該發(fā)動機(jī)自正式啟動研制以來，已完成全部核心部組件地面試驗(yàn)及產(chǎn)品交付，陸續(xù)完成了燃?xì)獍l(fā)生器液流試驗(yàn)、燃?xì)獍l(fā)生器擠壓熱試車、渦輪泵水力試驗(yàn)、針?biāo)▏娮⑵髟囼?yàn)、泵燃聯(lián)試、全尺寸推力室液流試驗(yàn)等部組件地面試驗(yàn)，成功考核了各部組件的工作協(xié)調(diào)性，獲取了核心組件的工作特性，同時驗(yàn)證了發(fā)動機(jī)啟動、關(guān)機(jī)時序等，這些都為順利完成發(fā)動機(jī)全系統(tǒng)地面熱試車奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

渦輪泵水試件裝配完成圖（來源：3D打印技術(shù)參考）

3D打印解決方案縮短制造周期80%
大推力液體火箭發(fā)動機(jī)推力室通常采用再生冷卻的方式進(jìn)行燃燒室熱防護(hù)工作，其制造工藝過程都極其細(xì)致和復(fù)雜，整個制造過程通常都長達(dá)數(shù)月之久，生產(chǎn)過程中任何一個小小的失誤，都可能導(dǎo)致整個推力室的報(bào)廢，因此推力室的造價也非常高。

渦輪泵的泵輪與蝸殼在設(shè)計(jì)之初，分別進(jìn)行了簡單型面的機(jī)加方案與復(fù)雜型面的3D打印方案設(shè)計(jì)，后者較前者效率提高約5%。另外，渦輪盤也同樣采取了機(jī)加成型與3D打印成型兩種方案，機(jī)加成型需要20～25天，3D打印僅需要3～4天，縮短80%制造周期，降低了生產(chǎn)成本。

星河動力希望能夠借助這項(xiàng)技術(shù)使產(chǎn)品更輕、數(shù)量更少、強(qiáng)度更高、可靠性更好。未來，在“蒼穹”液氧/煤油火箭發(fā)動機(jī)、“邊界”軌姿控等復(fù)雜系統(tǒng)中，星河動力將更多的采用3D打印技術(shù)。

開啟共同加速增材制造產(chǎn)業(yè)化新征程
一直以來，飛而康科技致力于生產(chǎn)航空航天、醫(yī)療器械、海洋船舶等行業(yè)用高品質(zhì)零部件的研發(fā)生產(chǎn)和銷售，已成為中國商飛、航空工業(yè)、航發(fā)集團(tuán)、航天科工、航天科技等大型企業(yè)在增材制造領(lǐng)域的合作伙伴，同時也和空客、賽峰、羅羅、GKN、GE等國際領(lǐng)先企業(yè)建立廣泛的合作。飛而康成立至今已完成近4萬件零件加工制造，承擔(dān)、參與國家各部委、江蘇省科技項(xiàng)目10+項(xiàng)，擁有專利20+件，組織、參與制定8項(xiàng)增材制造相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定增材制造相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)20+項(xiàng)，擁有豐富的增材制造技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)積累，是國內(nèi)領(lǐng)先的可大批量生產(chǎn)滿足CAAC適航認(rèn)證的鈦合金粉末及3D打印鈦合金航空構(gòu)件的公司。

自2019年合作至今，飛而康逐年持續(xù)擴(kuò)大列裝華曙高科400mm尺寸以上中大型金屬增材制造設(shè)備，產(chǎn)業(yè)化加工服務(wù)能力持續(xù)增強(qiáng)。2022年，伴隨著雙方的新批量設(shè)備訂單履約，首批2臺新FS621M設(shè)備近日到場，雙方開啟了共同加速增材制造產(chǎn)業(yè)化的新征程，飛而康的超大件加工能力將繼續(xù)提升�；�于華曙高科的“開源”平臺，飛而康突破了表面粗糙度控制等問題，掌握了工藝開發(fā)主動權(quán)；華曙高科快速響應(yīng)的專業(yè)服務(wù)，為飛而康批產(chǎn)保駕護(hù)航……未來3年，飛而康金屬增材制造超級工廠計(jì)劃形成超百臺設(shè)備產(chǎn)能，成為3D打印全套解決方案的產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)先企業(yè)。