Напечатай мне ракет

3d-печать, ИноСМИ Комментарии к записи Напечатай мне ракет отключены

Микро ракета-носитель (microlaunchers) является альтернативой обычным ракетам-носителям. Эти средние транспортные системы, способные нести полезную нагрузку до 350 кг, предназначены для запуска малых спутников в космос. Исследователи из Института материаловедения и лучевой техники им. Фраунгофера IWS в Дрездене и TU Дрезденские специалисты по аэрокосмическому оборудованию разработали произведенный методами аддитивного производства ракетный двигатель с соплом для микро ракет-носителей. Ожидается, что отмасштабированный прототип из металла будет потреблять на тридцать процентов меньше топлива, чем обычные двигатели. Он был представлен на выставке Hannover Messe Preview 12 февраля и будет проходить на стенде C18 в зале 16 в Hannover Messe с 20 по 24 апреля 2020 года.

Демонстрация дизайна аэродинамического сопла, изготовленного аддитивным производством. (Источник: Fh. IWS)

Рынок малых спутников наверняка будет расти в ближайшие годы. Соединенное Королевство стремится построить космодром на севере Шотландии, первый на европейской территории. Федерация немецкой промышленности (BDI) также одобрила идею национального космодрома. Он служит площадкой для пусковых установок малого и среднего размера, которые доставляют исследовательские приборы и небольшие спутники в космос. Эти микро ракета-носители рассчитаны на нагрузку до 350 кг. Двигатели Aerospike являются эффективным средством питания этих микро ракета-носителей. Они предлагают хорошие перспективы гораздо меньшей массы и гораздо меньшего расхода топлива. В течение последних двух лет исследовательская группа из Fraunhofer IWS и Института аэрокосмической техники TU Дрездена разработали, изготовили и испытали аэрокосмический двигатель. Федеральное министерство образования и исследований Германии (BMBF) финансировало проект. Что отличает этот аэрокосмический двигатель от других, так это то, что его топливный инжектор, камера сгорания и сопло печатаются слой за слоем в процессе плавления в лазерном порошковом слое (L-PBF, laser powder bed fusion). Сопло состоит из шипообразного центрального тела, предназначенного для ускорения горючих газов.

«Технология двигателей для аэрокосмической техники восходит к 1960-м годам. Но наша способность производить двигатели настолько эффективна, насколько это возможно, благодаря свободе, которую дает аддитивное производство и его встраивание в традиционные технологические цепочки », — говорит Майкл Мюллер, научный ассистент в Центре аддитивного производства Дрездена (AMCD), который совместно управляется Fraunhofer, IWS и TU Дрезден. Ракетные двигатели Aerospike обещают экономию топлива примерно на тридцать процентов по сравнению с обычными ракетами. Они также более компактны, чем обычные системы, что уменьшает общую массу системы.

«Каждый сэкономленный грамм ценится на вес золота в космическом полете, потому что на орбиту нужно выводить меньше топлива. Чем тяжелее система в целом, тем меньше ее полезная нагрузка », — говорит Мирко Риде, руководитель группы 3D-производства Fraunhofer IWS и коллега Müller. Форсунка для аэроспайков, разработанная Fraunhofer IWS и TU Dresden, лучше приспосабливается к изменяющемуся давлению при путешествии с Земли на орбиту. Это делает его более эффективным, поэтому он сжигает меньше топлива, чем обычные двигатели.

Аддитивно изготовленное сопло с охлаждением

«Мы выбрали аддитивный способ изготовления металлической ракеты, потому что двигатель требует очень хорошего охлаждения и нуждается во внутренних каналах охлаждения. Эта сложная система регенеративного охлаждения с лабиринтными внутренними каналами не может быть отфрезерована или отлита обычными способами », — говорит Рид. Порошок наносится слой за слоем, каждый слой порошка расплавляется. Это селективное лазерное плавление постепенно создает деталь с каналами охлаждения шириной в один миллиметр, которые повторяют контуры камеры сгорания. Остаточный порошок в каналах затем вакуумируется. Этот металл должен отвечать строгим требованиям, оставаясь твердым при высоких температурах и хорошо проводя тепло, чтобы обеспечить оптимальное охлаждение. «В камере сгорания преобладают температуры в несколько тысяч градусов по Цельсию, поэтому для этого требуется активное охлаждение», — говорит Мюллер.

Ученые Fraunhofer IWS и TU Dresden ищут систему впрыска, чтобы повысить эффективность двигателя. Этот проект, получивший название CFDμSAT, реализуется с января 2020 года, и в качестве ассоциированных партнеров принимают участие группа компаний Ariane и Siemens. Инжекторы создают серьезные проблемы при проектировании и изготовлении. «Топливо сначала служит для охлаждения двигателя. Оно нагреваются и затем попадает в камеру сгорания. Жидкий кислород и этанол добавляются отдельно для смешивания через инжектор. Полученная газовая смесь воспламеняется. Она расширяется в камере сгорания, а затем протекает через зазор в камере сгорания, расширяется и ускоряется соплом », — отмечает Мюллер, объясняя, как этот двигатель создает тягу.

Этот прототип аэрокосмического двигателя уже был испытан дрезденскими исследователями на испытательном стенде Института аэрокосмической техники ТУ Дрездена. (Источник: Fh. IWS)

Огневой горячий тест двигателя

Исследователи из Дрездена уже протестировали опытный образец двигателя с соплом с центральной иглой в испытательной камере в Институте аэрокосмической техники им. TU Дрездена, достигнув времени горения в тридцать секунд. «Этот процесс особенный, потому что было мало прецедентов для испытаний форсунок. Мы доказали, что рабочий реактивный двигатель с жидким топливом может быть изготовлен путем аддитивного производства », — говорит Мюллер.

Этот проект является одним из примеров тесного сотрудничества между Дрезденским университетом и неуниверситетскими исследовательскими институтами в рамках научного кластера, называемого DRESDEN-концепцией. TU Dresden отвечает за дизайн и расположение двигателя; Fraunhofer IWS за производство и проверку материалов. Их первым шагом было адаптирование дизайна к процессу аддитивного производства. Затем исследователи отобрали и протестировали материал. Затем они изготовили два компонента двигателя методом L-PBF и переработали их функциональные поверхности. Компоненты были соединены с помощью лазерной сварки и проверены с помощью компьютерного томографа, проверявшего на наличие пор и других дефектов. Эта неразрушающая оценка также может определить, не препятствует ли спеченный порошок каналам охлаждения. Этот проект демонстрирует, как процессы аддитивного производства могут быть эффективно интегрированы в современные производственные цепочки во всех отраслях промышленности, чтобы продвинуть современное состояние производства. (Источник: Fh. IWS)

Ссылка: Business unit Additive Manufacturing and Printing, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden, Germany

Источник: http://www.photonicsviews.com/print-me-a-rocket/

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top