運用3D打印技術(shù)制造下一代火箭發(fā)動機

過去幾年，航空航天領(lǐng)域的公司一直在研究如何利用增材制造即3D打印來助力火箭發(fā)動機的生產(chǎn),。美國洛克達(dá)因公司就是這些公司中的代表,，一直致力于3D打印RL10發(fā)動機的零部件,。6月初，該公司宣布其3D打印的銅質(zhì)推力室成功完成一系列熱點火測試,。對洛克達(dá)因公司而言,，使用3D打印可以減少發(fā)動機的零部件數(shù)量,，從而加快生產(chǎn)并降低成本,。洛克達(dá)因公司總裁兼首席執(zhí)行官艾琳•德雷克在4月的一次采訪中表示，“使用3D打印可以節(jié)省超過50%的時間,，并能夠降低人工成本,，減少供應(yīng)商數(shù)量和零部件數(shù)量�,！�

3D打印技術(shù)是洛克達(dá)因公司升級版RL10C-X發(fā)動機的一個關(guān)鍵要素,。該公司正在與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟合作開發(fā)這款發(fā)動機，并計劃應(yīng)用于“火神”（Vulcan）運載火箭的上面級,。雖然RL10C-X將應(yīng)用3D打印技術(shù),，但構(gòu)造基本上與上一個版本一致。許多采用3D打印的其他發(fā)動機也是如此,，3D打印的目的是削減成本和生產(chǎn)時間,，而不是在結(jié)構(gòu)上做出更新。甚至像火箭實驗室（Rocket Lab）這樣的初創(chuàng)公司也使用3D打印技術(shù)來生產(chǎn)其發(fā)動機的所有主要部件,。

“增材火箭公司”（ARC）聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官安迪·凱提旺5月在加州舉行的太空科技博覽會上發(fā)表演講稱,，“增材制造可以讓設(shè)計更加自由，并能消除工程師之前使用傳統(tǒng)方法遇到的所有障礙,�,！彼�認(rèn)為，這個行業(yè)存在一個問題,，許多公司都在應(yīng)用3D打印技術(shù)為他們的發(fā)動機打印零部件,，但實際上他們打印的很多零部件仍然可以用傳統(tǒng)的方法制造。為此,，他聯(lián)合他人創(chuàng)立了ARC公司,，尋求運用3D打印技術(shù)以一種不同的方式來制造發(fā)動機�,！拔覀兇蛩氵\用3D打印技術(shù)制造一種傳統(tǒng)的雙推進(jìn)劑發(fā)動機,。本質(zhì)上，其核心能力是完成液體和熱量的移動,，我們要做的是使之成為最優(yōu)的推進(jìn)器,。”

ARC公司將3D打印與一種創(chuàng)成式設(shè)計工具相結(jié)合,，該工具可以利用計算機算法提供數(shù)千種不同的設(shè)計方案,，然后反復(fù)演算以找到最佳的設(shè)計方案,。這種方法得出的設(shè)計方案可能必須使用3D打印才能生產(chǎn)，這將超出傳統(tǒng)發(fā)動機工程師的想象,。

ARC公司在其第一臺發(fā)動機上采用了這種方法,，該發(fā)動機是一種小型再生冷卻式發(fā)動機。該發(fā)動機從外觀上看和一般的發(fā)動機沒什么區(qū)別,，但他的內(nèi)部卻有幾十個輸送煤油和液氧的管道,，就像血管或樹干一樣。這是內(nèi)部輸送液體燃料的最佳方式之一,。這種“仿生”系統(tǒng)得益于創(chuàng)成式設(shè)計的應(yīng)用,。該系統(tǒng)可以降低發(fā)動機的壓力差，減少燃料輸送所需的動力,，從而減小支撐發(fā)動機的閥門,、泵和油箱的尺寸。它還改善了噴嘴的熱傳遞,，有利于延長其使用壽命,。該公司在其他發(fā)動機上也采用這種方法，包括用于航天器的小型單燃料推進(jìn)器和冷氣推進(jìn)器,。這些設(shè)計可以提高推進(jìn)器的性能并降低其質(zhì)量,，讓它們可以在小型衛(wèi)星上使用。

ARC并不是唯一一家探索增材制造新應(yīng)用方法的公司,。例如,，“相對太空”公司（Relativity Space）正在嘗試對包括發(fā)動機在內(nèi)的整個火箭進(jìn)行3D打印，并融資了數(shù)千萬美元用于支持其開發(fā)工作,。

來源：美國《航天新聞》/圖片來自互聯(lián)網(wǎng),，國防科技要聞