3D-prinditud Rakettmootoriga Kosmosesse

2023 Autor: Hannah Pearcy | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-08-25 03:37

Kuni 350 kg kandevõimega väikeste satelliitide kosmosesse laskmiseks pole vaja tervet kanderaketti. Nn mikrolauncher on hea alternatiiv. Kütuse kokkuhoiuks on Fraunhoferi materjali- ja talatehnoloogia instituudi IWSi teadlased koos TLÜ Dresdeni kosmoseekspertidega täiendavalt välja töötanud, tootnud ja katsetanud uut rakettmootorit. Väidetavalt säästab uus aerospike mootor märkimisväärselt kaalu ja kütust

Uue aeroskoopmootori eripära: kütusepihusti, põlemiskamber ja otsik toodetakse kihiti, kasutades lisaainete valmistamisprotsessi Laser Powder Bed Fusion (L-PBF). Düüs ise koosneb teravdatud keskkorpusest, mille kaudu põlemisgaasid kiirenevad.

Lisandite tootmine võimaldab tõhusaid mootoreid

Aerospikemootorite tehnoloogiline kontseptsioon sai alguse 1960. aastatel. "Ainult lisaainete valmistamise vabaduse ja selle tavapärastesse tootmisahelatesse kinnistamise kaudu on meil üldse võimalik selliseid tõhusaid mootoreid toota," ütleb Dresdeni Additive Manufacturing Centeri (AMCD) uurimisosakonna assistent Michael Müller, kelle ühiselt arendasid Fraunhofer IWS ja TLÜ Dresdenit opereeritakse.

Michael Müller, AMCD teadur

Aerospike rakettmootorid lubavad kütuse kokkuhoidu tavapäraste rakettidega võrreldes umbes 30 protsenti. Lisaks on need kompaktsemad kui tavalised süsteemid, mis vähendab kogu süsteemi massi. Fraunhofer IWSi 3D-generaatori rühmajuht Mirco Riede selgitab: „Kosmosereisides on iga kokkuhoitud kullagramm väärt, sest peate orbiidile võtma vähem kütust. Mida raskem on kogu süsteem, seda vähem kasulikku koormust saab transportida.”Aerospike otsik kohaneb paremini rõhutingimustega, mis asuvad teel Maalt orbiidile. See muudab selle efektiivsemaks ja kasutab vähem kütust kui tavalised mootorid.

Kuidas mootorit tehti

Raketi tootmisel valisid teadlased lisandite tootmise, kuna mootor nõuab väga häid jahutus- ja sisemisi jahutuskanaleid. "Seda keeruliste, keerukate struktuuridega keerulist regeneratiivset jahutussüsteemi ei saa tavapäraselt jahvatada ega valada," selgitab Riede.

Pulber kantakse kihiti ja sulatatakse seejärel valikuliselt laseriga. See loob komponendi järk-järgult, sealhulgas ühe millimeetri laiused jahutuskanalid, mis järgivad põlemiskambri kontuuri. Seejärel imetakse pulber kanalitest välja. Nõuded metallile: kõrgel temperatuuril peab see olema tahke ja suutma optimaalse jahutuse tagamiseks hästi soojust juhtida, kuna põlemiskambris valitsevad temperatuurid mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi.

3D-printimine

Täielik rakettmootor 3D-printerilt

Prototüüpi testiti edukalt

Injektorite tootmine seab projekteerimisele ja valmistamisele eriti kõrged nõudmised. Müller selgitab tõukejõu tekkeprotsessi: „Kõigepealt kasutatakse kütuseid mootori jahutamiseks, need soojenevad ja suunatakse seejärel põlemiskambrisse.” Vedelat hapnikku ja etanooli juhitakse eraldi ja ühendatakse injektori abil. Saadud gaasisegu süüdatakse. See laieneb põlemiskambris, voolab seejärel läbi põlemiskambris oleva tühiku ning laieneb ja kiireneb läbi düüsi.

Dresdeni teadlased on juba aerodünaamilise mootori prototüüpi testinud TLÜ Dresdeni lennundustehnoloogia instituudi katsestendil. Nende põlemisaeg oli 30 sekundit. "See on eriline protsess, kuna aeroskoopide pihustite testimist pole veel peaaegu üldse tehtud," ütleb Müller. "Oleme näidanud, et lisaainete tootmine võib anda toimiva vedelmootori."

Hannoveri messikeskuses saavad külastajad rakettmootorit näha saalis 16, stendi C18 juures.

Seminari nipp

Seminar 3D-printimine otseses digitaalses tootmises tutvustab 3D-printimise tehnoloogiat, sobivust ja nõudeid ning annab osalejatele ülevaate arengutest, võimalustest ja piiridest.

kulud