NASA и Virgin Orbit испытали 3D-печатную камеру сгорания ракетного двигателя


NASA и космическая компания Virgin Orbit, разрабатывающая комплекс для орбитальных запусков малых спутников на ракетах-носителях с воздушным стартом, провели цикл испытаний напечатанной на 3D-принтере комбинированной камеры сгорания из медных и жаропрочных сплавов.

ed152eac1969adf79cabb821635877ed.jpg

В конце 2018 и начале 2019 года научно-исследовательский Центр космических полетов имени Джорджа Маршалла в сотрудничестве с инженерами Virgin Orbit и Научно-исследовательского центра NASA имени Джона Гленна проводили горячие стендовые испытания камеры сгорания на смеси керосина и жидкого кислорода. В ходе более чем двадцати успешных тестов продолжительностью шестьдесят секунд каждый удалось добиться стабильной тяги на уровне примерно одной тонны.

bb48df212c55358ddc17b74892faadc0.jpg

«В традиционном понимании на производство, испытания и поставку камеры сгорания уходят многие месяцы. Мы можем значительно сократить это время. Аддитивное производство готово дополнить и повысить эффективность традиционных процессов. Оно дает новые возможности дизайна и повышение производительности с очень надежными изделиями на выходе. Наше партнерство нацелено на дальнейшее развитие этих возможностей», — рассказывает старший инженер NASA Пол Градл.

6277127f2ffb0ff75e146727c1ef1cef.jpg

В производстве камеры сгорания использовался медный сплав GRCop-84, разработанный специалистами NASA в 2014 году специально с расчетом на 3D-печать. Медная деталь подверглась дополнительной обработке специалистами Virgin Orbit, использовавшими собственное гибридное аддитивно-субтрактивное оборудование для выращивания внешней оболочки из жаропрочного никелевого суперсплава и механической обработки изделия до готового вида.

a7d9b6caf9bfa76e97a9d6e7b233e586.jpg

Температуры в камере сгорания с легкостью могут превышать две с половиной тысячи градусов Цельсия, поэтому камеры требуют эффективного охлаждения. Медь характеризуется отличной теплопроводностью, а одно из достоинств использования аддитивных технологий заключается в возможности формирования сложных микроканалов для циркуляции водорода, охлажденного до температуры в 35-40 градусов выше абсолютного нуля. В образце на иллюстрации выше, напечатанном в 2015 году из того же медного сплава, присутствуют двести таких каналов, при этом толщина внутренней стенки соизмерима «с карандашной линией».

6516da0c849463831e50c9365b8519a6.jpg

Наработки NASA примечательны еще и тем, что медь не дружит с лазерной 3D-печатью: в зависимости от характеристик поверхностей чистая медь отражает до 90% лазерного излучения на типичной длине волны в один микрон. По этой причине ученые Института лазерных технологий Фраунгофера (ILT) работают над мощными зелеными лазерами с длиной волны в 515 нанометров для 3D-принтеров по технологии селективного лазерного наплавления металлических порошков (SLM).

a89837b3e042474aae3ac62e7569ae05.jpg

«Комбинация использованных нами оптимизированных материалов и аддитивных технологий представляет собой значительный шаг вперед в сравнении с компромиссными решениями, обычно используемыми в производстве 3D-печатных камер сгорания ракетных двигателей. Полученные в ходе совместного проекта данные сыграют ключевую роль во внедрении этих технологий с целью дальнейшего снижения затрат и повышения эффективности работ над двигателями для ракет-носителей LauncherOne», — заявил Кевин Загорски, менеджер отдела продвинутых производственных технологий двигателестроения компании Virgin Orbit.

Источник: тут