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GKN向空客與賽峰交貨3D打印6號(hào)火箭噴嘴

日前,GKN航空航天公司宣布已經(jīng)向法國(guó)的空中客車和賽峰集團(tuán)提供了先進(jìn)的Ariane 6號(hào)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(shí)間更短,成本更低。通過(guò)激光焊接和激光能量沉積工藝對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件進(jìn)行加工,使得噴嘴的零部件數(shù)量減少了90%,從約1000個(gè)零部件減少到約100個(gè)零部件。并且降低了40%的成本,減少了30%的交貨時(shí)間。


作為歐洲航天局Ariane研究與技術(shù)協(xié)會(huì)(ARTA)計(jì)劃的一部分,該噴嘴已經(jīng)在全面安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴測(cè)試中成功試用?,F(xiàn)在,噴嘴將在法國(guó)安裝到Vulcain 2.1發(fā)動(dòng)機(jī)上并隨后在德國(guó)進(jìn)行測(cè)試。Ariane 6號(hào)火箭計(jì)劃在2020年投入服務(wù)使用,這個(gè)項(xiàng)目是由歐洲航天局資助的,而GKN是空中客車和賽峰集團(tuán)的主要合同承包商。 進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化,GKN航空航天公司將在瑞典Trollh?ttan的一個(gè)新的高度自動(dòng)化的制造中心生產(chǎn)噴嘴,這個(gè)生產(chǎn)中心計(jì)劃于2018年開放。GKN航空航天事業(yè)部一共將為每個(gè)Ariane 6號(hào)火箭提供五個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)組件,以及氫氣和氧氣燃料系統(tǒng)發(fā)電裝置內(nèi)的組件。 事實(shí)上,瑞典Trollh?ttan的GKN航空航天公司的空間業(yè)務(wù)部門自1974年成立以來(lái)一直活躍在Ariane計(jì)劃中,迄今為止已經(jīng)為Ariane火箭提供了超過(guò)1,000個(gè)燃燒室和噴嘴以及超過(guò)250臺(tái)渦輪機(jī)。而這家制造廠與時(shí)俱進(jìn),現(xiàn)在成為歐洲渦輪機(jī)和金屬噴嘴的卓越中心,通過(guò)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(gè)階段做出貢獻(xiàn)。 GKN Trollh?tten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(dòng)機(jī)零部件以及航天零部件。而GKN Trollh?tten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)。 據(jù)了解,空中客車和賽峰集團(tuán)的結(jié)盟一大理由是為了對(duì)抗SpaceX帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。
SpaceX于2013年就成功通過(guò)EOS金屬3D打印機(jī)制造SuperDraco火箭發(fā)動(dòng)機(jī)引擎室,使用了鎳鉻高溫合金材料。與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)相比,使用增材制造不僅能夠顯著地縮短火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的交貨期和并降低制造成本,而相比傳統(tǒng)制造發(fā)動(dòng)機(jī)的成本,而且可以實(shí)現(xiàn)“材料的高強(qiáng)度、延展性、抗斷裂性和低可變性等”優(yōu)良屬性。這是一種非常復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī),其中所有的冷卻通道、噴油頭和節(jié)流系統(tǒng)都很難制造。EOS能夠打印非常高強(qiáng)度的先進(jìn)合金,是創(chuàng)造SuperDraco發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵。 此外,2017年1月14日SpaceX一掃去年發(fā)射塔上火箭爆炸的陰影在加州范登堡空軍基地成功發(fā)射了一枚獵鷹9號(hào)火箭。SpaceX經(jīng)過(guò)后加工處理的3D打印閥體經(jīng)過(guò)廣泛的測(cè)試程序–包括嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系列、部件級(jí)資格測(cè)試和材料測(cè)試才被納入獵鷹9號(hào)火箭的標(biāo)準(zhǔn)零件。 除了SpaceX,Blue Origin緊接著揭示了他們?cè)诨鸺纤褂玫?D打印技術(shù)。Blue Origin采用3D打印技術(shù)來(lái)打印BE-4火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體、渦輪、噴嘴、轉(zhuǎn)子。BE-4是以液化天然氣為燃料的新一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。 Blue Origin的Ox Boost Pump增壓泵(OBP)設(shè)計(jì)利用增材制造技術(shù)制造出許多關(guān)鍵部件,從單一的3D打印鋁件,到鎳合金液壓渦輪。增材制造方法允許集成復(fù)雜的內(nèi)部流道到設(shè)計(jì)中,這是難以通過(guò)傳統(tǒng)制造技術(shù)制造出來(lái)的。渦輪噴嘴和轉(zhuǎn)子也通過(guò)3D打印出來(lái),僅僅需要很小的后期加工就可以滿足精度要求。 更重要的是,除了Blue Origin新的格倫New Glenn火箭發(fā)射器, BE-4火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還可以被用在火神火箭發(fā)射器上,該火箭發(fā)射器是由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA)開發(fā)的。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟是由洛克希德-馬丁公司和波音公司合資的,洛克希德-馬丁公司和波音公司目前正在權(quán)衡是否使用BE-4還是AR-1。 除了Blue Origin, 阿拉巴馬州Huntsville的Dynetics和加州Sacramento的Aerojet公司正在使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件:預(yù)燃燒器(pre-burner)。預(yù)燃燒器的主要功能是產(chǎn)生熱氣體以啟動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵。當(dāng)然,Blue Origin以及聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA),也投身于開發(fā)此類技術(shù)的行列。

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