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3D列印技術大熱,那麼用它來列印火箭引擎這種高階複雜的東西可不可行呢?
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  • 1 # 身輕如雁

    使用3D列印火箭引擎肯定靠譜啊,這是被實踐所證明的。

    美國的spaceX的載人龍飛船,也就是早先所說的“二代龍飛船”,就使用了3D列印的超級天龍座(SuperDraco)火箭發動機,而且是很關鍵的逃逸發動機。

    使用3D列印技術生產的超級天龍座發動機

    作為載人飛船,NASA對載人龍飛船提出了很高的安全要求,也就是不僅在發射臺上火箭出現問題,飛船可以緊急脫離火箭飛到安全距離外。同時在火箭發射過程中,在幾十公里的高空上,一旦出現問題飛船也可以緊急逃逸,在火箭爆炸前把飛船送到安全距離外。這就要求飛船逃逸發動機非常可靠,而且反應速度要快。

    超級天龍座發動機採用的擠壓迴圈,也就是說,燃料依靠燃料箱裡面壓力被擠壓到發動機裡面點燃,產生推力。這種迴圈方式決定了擠壓迴圈發動機只需要開啟閥門,燃料就馬上從燃料箱被壓入發動機,反應速度快。而超級天龍座選擇的是自燃推進劑,即四氧化二氮和甲基肼,這兩種燃料直接接觸就可以燃燒,也就是兩者噴入燃燒室混合的同時就可以自動燃燒,省掉了點火過程。火箭發動機燃燒室在點燃的瞬間壓力和溫度變化距離,維持一個穩定和可靠的點火本身就是一個複雜的過程。超級天龍座發動機燃料選擇也是為了減少反應時間,增強可靠性。

    安裝在載人龍飛船上的超級天龍座發動機

    可以看出來,超級天龍座發動機對於spaceX的載人龍飛船是至關重要的一個裝置,是保證專案成功的關鍵。spaceX也不是一開始就使用3D列印技術來生產整個發動機的,2013年之前spaceX還是使用常規焊接技術來生產超級天龍座發動機,雖然也進行了多次點火和測試,但是到了2013年他們開始果斷轉向使用3D列印技術來生產超級天龍座發動機燃燒室,因為這個部分有著非常複雜的再生冷卻系統管路,在2014年3D列印技術的燃燒室經歷了80次點火試車,最長點火時間有300秒。最終在2014年整個超級天龍座發動機都使用3D列印技術來製作。2015年載人龍飛船完成了發射臺的逃逸測試,完全成功。2020年1月,載人龍完成了發射間逃逸測試,完全成功。超級天龍座發動機表現穩定可靠。

    使用3D列印生產超級天龍座發動機的過程

    對於使用3D列印技術在火箭發動機上,spaceX公司的老闆馬斯克這麼評價:該發動機設計上非常複雜,整個冷卻管路、噴注器和節流閥的加工成型都非常困難。能使用3D列印技術進行高強度合金的成型,是成功生產超級天龍座發動機的關鍵所在。而且整體加工費用更低,因為燃燒室側壁內部複雜的再生冷卻管路用常規加工方法只能採用二次焊接的辦法來成型,而3D列印技術可以一次成型。

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