新的Ariane 6 Vinci發(fā)動機推進室采用3 D打印方式生產(chǎn)

最新一代的Ariane 6 -阿麗亞娜空間火箭將于2020年投入使用，新型火箭發(fā)動機增加了有效載荷能力和靈活性，以高可靠性并適合執(zhí)行各種任務(wù)。Vinci發(fā)動機的部分零件在德國奧托布倫生產(chǎn)，并為Ariane 6火箭提供動力，一旦火箭利用其固體燃料助推器逃逸了地球的引力場，Vinci發(fā)動機將會接管后續(xù)的推力。發(fā)動機的設(shè)計既節(jié)能又輕便，對于確保空間最佳推進起到重要作用。

圖片：Vinci發(fā)動機火箭推進室，來源：德國宇航中心

增材制造和粉末冶金技術(shù)都被采用到Vinci發(fā)動機中的零件的制造過程中，發(fā)動機的設(shè)計人員認為3D打印可以降低成本并優(yōu)化加工效率。根據(jù)Ariane計劃的Denis Regenbrecht，3D打印尤其適用于涉及到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件生產(chǎn)，不僅消除昂貴的制造成本，還可以通過簡化發(fā)動機結(jié)構(gòu)從而大大降低了其他方面的成本。

這樣的成本效益對于生產(chǎn)所有的空間技術(shù)來說是至關(guān)重要的，歐洲發(fā)射系統(tǒng)在全球市場上面臨的競爭越來越激烈，根據(jù)Denis Regenbrecht，“競爭將來會加劇控制成本的壓力，Ariane 6號是對這種競爭壓力的積極應(yīng)對，因為其發(fā)射費用將約為Ariane 5號的一半。”

Vinci發(fā)動機的主體將由Ariane集團在法國的Vernon工廠生產(chǎn)，而燃燒室則在德國生產(chǎn)。 Vinci在膨脹器循環(huán)后使用低溫氫（LH2： – 負253°C下的液態(tài)氫）作為燃料，低溫氧（LOX – 零下180°下的液態(tài)氧）作為氧化劑。首先，燃料在燃燒室周圍流動，冷卻并蒸發(fā)。由該方法產(chǎn)生的氣體用于驅(qū)動渦輪泵，氧化劑和燃料進入燃燒室，在那里它們與另外的氧化劑一起燃燒。

注：網(wǎng)絡(luò)配圖

據(jù)報道，Ariane 5號在其79次成功發(fā)射中是迄今為止最可靠的運載火箭之一。阿麗亞娜6的發(fā)動機經(jīng)過仔細測試，以確保有效載荷并安全運輸?shù)教�空，進一步的測試正在德國蘭波德豪森（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt，簡稱DLR）空間推進研究所進行。

總部位于科隆的德國宇航中心（DLR）是德國負責研究航空航天并且計劃、實施航天任務(wù)的機構(gòu)，是德國國家級航空和航天研究中心，其廣泛的研究和開發(fā)工作被納入國家和國際合作項目中。

Ariane 6號火箭的發(fā)動機制造承包商主要是GKN。2017年6月，GKN航空航天公司宣布向法國的空中客車和賽峰集團提供了先進的Ariane 6號火箭噴嘴（SWAN）。直徑為2.5米，噴嘴采用創(chuàng)新技術(shù)制造而成，性能更高，交貨時間更短，成本更低。通過激光焊接和激光能量沉積工藝對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件進行加工，使得噴嘴的零部件數(shù)量減少了90％，從約1000個零部件減少到約100個零部件。并且降低了40%的成本，減少了30%的交貨時間。

GKN航空航天事業(yè)部一共將為每個Ariane 6號火箭提供五個復(fù)雜的子系統(tǒng)，包括發(fā)動機的渦輪機組件，以及氫氣和氧氣燃料系統(tǒng)發(fā)電裝置內(nèi)的組件。

注：網(wǎng)絡(luò)配圖

事實上，瑞典Trollhättan的GKN航空航天公司的空間業(yè)務(wù)部門自1974年成立以來一直活躍在Ariane計劃中，迄今為止已經(jīng)為Ariane火箭提供了超過1,000個燃燒室和噴嘴以及超過250臺渦輪機。而這家制造廠與時俱進，現(xiàn)在成為歐洲渦輪機和金屬噴嘴的卓越中心，通過與學(xué)術(shù)界的合作開展產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的探索，為增材制造走向產(chǎn)業(yè)化的初步研究和開發(fā)的每一個階段做出貢獻。

GKN Trollhätten增材制造卓越中心所擁有的電子束金屬絲融化焊接技術(shù)主要用于制造大型GKN航空發(fā)動機零部件以及航天零部件。而GKN Trollhätten中心的送粉激光粉末沉積技術(shù)主要應(yīng)用于鈦合金和鎳基合金零部件的修復(fù)。

來源：3D科學(xué)谷