AFRL對(duì)DED火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室開(kāi)展高溫測(cè)試，將增材工藝嵌入到數(shù)字工程環(huán)境

2024年4月25日，南極熊獲悉，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室 (AFRL) 火箭推進(jìn)部門近日設(shè)計(jì)、建造了一個(gè)使用定向能量沉積 (DED) 3D 打印的單塊火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室，并開(kāi)展了高溫測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

這一項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、美國(guó)太空軍的燃燒裝置部門的哈維爾·烏爾扎伊 (Javier Urzay) 博士說(shuō)道：“AFRL 對(duì)早期先進(jìn)制造技術(shù)的投資使我們能夠利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)空間的各個(gè)角落，并加快從白板概念到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和評(píng)估的設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)周期?！?/div>

DED 是一種增材制造工藝，其原理為設(shè)備在高度受控的大氣條件下將金屬粉末注入高功率激光的聚焦光束中。

Urzay 說(shuō)道：“它為推進(jìn)器硬件提供了迄今為止最大的構(gòu)建箱體積，能夠打印七英尺高的零件。該成型箱體積比激光粉末床熔融（LPBF）工藝等技術(shù)獲得的體積大得多。此外，DED 還可以減少粉末投資并減少材料浪費(fèi)。工程師還可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)多合金結(jié)構(gòu)的合金混合和轉(zhuǎn)變，以充分利用下一代高溫合金的強(qiáng)度、重量和性能優(yōu)勢(shì)。這些獨(dú)特的功能使我們能夠處理復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，需要更少的迭代，并利用形狀優(yōu)化、輕質(zhì)材料、先進(jìn)的金屬合金和復(fù)合材料以及快速制造?！?/div>

增材制造與從傳統(tǒng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)硬件制造方式向由數(shù)字環(huán)境提供的自動(dòng)化制造流程的轉(zhuǎn)變密切相關(guān)，涉及人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生、3D 體積掃描儀和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)。

數(shù)字環(huán)境的多面性對(duì)于管理打印機(jī)來(lái)說(shuō)是必要的，這些打印機(jī)生產(chǎn)具有 3D 形狀和內(nèi)部特征的輕質(zhì)推力室、歧管、噴射器、壓力容器、閥門和渦輪機(jī)械葉片，而使用傳統(tǒng)方法不易實(shí)現(xiàn)這些特征。

燃燒設(shè)備分部的航空航天工程師 Edgar Felix 說(shuō)：“雖然增材制造提供了許多以更低的成本加速生產(chǎn)的機(jī)會(huì)，但要讓這項(xiàng)技術(shù)被火箭推進(jìn)行業(yè)和政府實(shí)驗(yàn)室廣泛采用，仍然存在一些挑戰(zhàn)。”

AFRL 正在解決生產(chǎn)能夠承受火箭發(fā)動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行的惡劣環(huán)境的材料的獨(dú)特挑戰(zhàn)。 AFRL 專家將數(shù)十年的火箭燃燒室經(jīng)驗(yàn)與對(duì)這些新制造技術(shù)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇的了解結(jié)合起來(lái)，并與多個(gè)外部組織保持密切合作，提供獨(dú)特的技能。

Urzay說(shuō)："我們部門在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)增材制造方面取得的這一最新突破，是通過(guò)與多個(gè)工業(yè)合作伙伴和政府組織(包括AFRL材料和制造部門以及NASA馬歇爾航天飛行中心)建立持久關(guān)系才取得的。他們的工作對(duì)國(guó)家極其寶貴，我們攜手構(gòu)建了一支不可戰(zhàn)勝的團(tuán)隊(duì)。"

未來(lái)，AFRL 火箭推進(jìn)部門將繼續(xù)致力于增材制造新技術(shù)的研究，以提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的容量。