Launcher与VELO3D和ANSYS合作为3D打印 E-2 火箭发动机升级

时间：2021-05-31 08:00 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

       中国3D打印网5月31日讯，美国私人航空航天公司 Launcher 与 3D 打印机制造商 VELO3D 和模拟软件公司 Ansys 合作，优化其 E-2 火箭发动机中性能关键部件的设计。Launcher 首席执行官 Max Haot 在在线网络研讨会上与 VELO3D 的 Gene Miller 交谈时解释了两家公司如何密切合作以重新设计传统的液氧 (LOX) 涡轮泵。由于配备了升级的叶轮和外壳，修改后的泵已在 Launcher 的发动机中成功测试，该项目现在使其能够建立一个工作流程，以快速迭代未来的零件。
       “作为 Launcher 的第一次成功涡轮泵测试，这非常重要，因为它们以 30,000 rpm 的速度处理泵中的液态氧，”Haot 解释说。 “在这种排放压力为 4,000 [磅/平方英寸] 的环境中，任何异常情况——转子和定子之间的任何摩擦——都可能导致立意外。”
达到最大推力
         对于小型运载火箭，涡轮机械泵通常对其能够实现的推力水平至关重要，因为它们直接负责将推进剂注入发动机。在其改造项目之前，Launcher 从乌克兰 RD-8 火箭获得了此类部件的示意图，以为其 E-2 装置提供燃料，该装置是一种液氧涡轮泵，已在 Zenit 发射器上进行了 72 次轨道飞行。
        然而，为了优化发动机推力室的推进剂流量和压力水平，Launcher 需要在内部进行生产和测试，因此它向 VELO3D 和 Ansys 寻求帮助。在项目的初始阶段，该公司的工程师能够使用 Ansys 的 CFX 平台来确保火箭的预计推力水平与其性能相匹配，然后再通过模拟试运行优化其参数。
         一旦零件被批准用于生产，它就会使用 VELO3D Sapphire 系统进行 3D 打印，这使得它能够在最少使用支撑的情况下进行制造。鉴于 LOX 泵的入口外壳具有悬垂的内部几何形状，VELO3D 的 SupportFree 技术使创建零件的复杂性、耗时和浪费大大减少。使用类似的方法，Launcher 的工程师还能够重新开发泵的叶轮。通常，此类零件的悬垂较低，因此很难结合任何支撑件，但使用 VELO3D 的机器可以将其 3D 打印成平面，使其质量分布均匀，并防止其在旋转过程中引起发动机问题。
       “通过将零件打印成平面，我们得到了零件相对于该中心旋转轴的良好对称质量分布，”同样参加网络研讨会的 Launcher 工程师 Andre Ivanovic 解释说。 “平衡是必要的，因为如果涡轮机械中的旋转部件不平衡，那么在每次旋转时，都会有很大的振动冲击到您的系统和轴承中。”

Launcher 的 3D 打印 Inconel 入口和铝出口外壳。照片:Launcher。
实践中的 3D打印泵
组装好一个可运行的泵原型后，Launcher 开始在 NASA 的斯坦尼斯航天中心进行广泛的发动机测试。在这些性能评估中，该部件证明能够承受标称转速下的两分钟试射、30 秒的输入和输出压力检查以及 30 秒的 33,000 rpm 测试。
在成功试验之后，Launcher 预计将新优化的 E-2 发动机集成到即将于 2026 年投入使用的即将推出的“Launcher Light”火箭。通过与 VELO3D 和 Ansys 的合作，该公司还得出结论，它是能够以比以前更低的成本和交付周期生产更复杂的泵，证明了 3D 打印在火箭制造应用中的实用性。

Launcher 的 3D 打印涡轮泵组件。照片：Launcher

Launcher 的 AM 优化引擎

        自 2017 年成立以来，Launcher 不断使用 3D 打印来升级其火箭发动机的性能，该公司的新型涡轮泵实际上安装在一个完全增材制造的燃烧室中，该燃烧室本身是单件生产的使用EOS子公司AMCM提供的M 4K AM 3D打印机。
         E-2 发动机的 3D 打印组件的开发可以追溯到一份价值 150 万美元的太空部队合同，该合同于 2019 年 11 月授予 Launcher。当时，该公司生产的火箭燃烧室据报道是同类产品中最大的一部分，高 860 毫米，配有 410 毫米出口喷嘴。
       同样，在 2019 年，SLM Solutions 签约为英国航天公司 Orbex 开发 3D 打印火箭发动机，该公司被认为是世界上同类公司中最大的。为了为 Orbex 的 Prime 运载火箭提供动力，该部件被打印为单件，以消除任何接头的使用，并加强其整体完整性。

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