Для запуска небольших спутников с полезной нагрузкой до 350 кг в космос вам не нужен целый пусковой механизм. Так называемый microlauncher - хорошая альтернатива. Чтобы сэкономить больше топлива, исследователи из Института материаловедения и пучковых технологий им. Фраунгофера вместе с космическими экспертами из ТУ Дрездена дополнительно разработали, изготовили и испытали новый ракетный двигатель. Говорят, что новый аэрокосмический двигатель значительно экономит вес и топливо
Особенность нового аэрокосмического двигателя: топливный инжектор, камера сгорания и форсунка производятся слой за слоем с использованием технологии лазерного порошкового наплавления (L-PBF), процесса производства присадок. Само сопло состоит из зубчатого центрального корпуса, через который газы сгорания ускоряются.
Аддитивное производство делает возможными эффективные двигатели
Технологическая концепция авиационных двигателей возникла в 1960-х годах. «Но только благодаря свободе аддитивного производства и встраиванию его в обычные технологические цепочки мы можем вообще производить такие эффективные двигатели», - говорит Майкл Мюллер, научный сотрудник в Центре аддитивного производства Дрездена (AMCD), совместно разработанном Fraunhofer IWS и ТУ Дрезден эксплуатируется.
Михаэль Мюллер, научный сотрудник AMCD
Ракетные двигатели Aerospike обещают экономию топлива примерно на 30 процентов по сравнению с обычными ракетами. Кроме того, они более компактны, чем обычные системы, что снижает массу всей системы. Мирко Риде, руководитель группы 3D Generation во Fraunhofer IWS, объясняет: «В космическом путешествии каждый грамм сэкономленного золота стоит того, потому что вам нужно вывести на орбиту меньше топлива. Чем тяжелее вся система, тем меньше полезной нагрузки можно транспортировать ». Сопло для аэроспайки лучше адаптируется к условиям давления на пути с Земли на орбиту. Это делает его более эффективным и использует меньше топлива, чем обычные двигатели.
Как двигатель был сделан
При изготовлении ракеты исследователи сделали выбор в пользу аддитивного производства, поскольку для двигателя требуются очень хорошие каналы охлаждения и внутренние каналы охлаждения. «Эту сложную систему регенеративного охлаждения с внутренними запутанными структурами невозможно размолоть или отлить обычным способом», - объясняет Рид.
Порошок наносится слой за слоем, а затем избирательно расплавляется лазером. Это постепенно создает компонент, включая каналы охлаждения шириной один миллиметр, которые следуют контуру камеры сгорания. Порошок впоследствии высасывается из каналов. Требования к металлу: он должен быть твердым при высоких температурах и должен хорошо проводить тепло, чтобы обеспечить оптимальное охлаждение, поскольку в камере сгорания будет преобладать температура в несколько тысяч градусов по Цельсию.
3D печать
Полный ракетный двигатель от 3D-принтера
Прототип успешно протестирован
Производство инжекторов предъявляет особенно высокие требования к конструкции и изготовлению. Мюллер объясняет процесс развития тяги: «Топлива сначала используются для охлаждения двигателя, они нагреваются и затем вводятся в камеру сгорания». Жидкий кислород и этанол вводятся раздельно и объединяются с помощью инжектора. Полученная газовая смесь воспламеняется. Он расширяется в камере сгорания, затем протекает через зазор в камере сгорания и расширяется и ускоряется через сопло.
Исследователи из Дрездена уже опробовали опытный образец аэрокосмического двигателя на испытательном стенде Института аэрокосмических технологий в ТУ Дрездена. Они достигли времени горения 30 секунд. «Это особый процесс, потому что тестов аэрокосовых форсунок пока нет», - говорит Мюллер. «Мы продемонстрировали, что аддитивное производство может производить работающий жидкий двигатель».
На Ганноверской выставочной площадке посетители могут увидеть ракетный двигатель в зале 16 на стенде C18.
Подсказка для семинара
Семинар по 3D-печати в прямом цифровом производстве рассказывает о технологиях, пригодности и требованиях к 3D-печати и дает участникам обзор развития, возможностей и ограничений.