中國商業航天液氧甲烷火箭發動機研製進展(附3D列印典型應用)

2023-04-24     3D科學谷

原標題:中國商業航天液氧甲烷火箭發動機研製進展(附3D列印典型應用)

以下文章來源於空天動力瞭望 ,作者黃浩然

根據泰伯智庫,2023-2028年,商業航天產業將進入發展黃金期,預計2025年市場規模將達2.8萬億元。雖然起步晚於國外,但國內商業航天業發展勢頭迅猛。據新財富統計,目前國內的商業航天獨角獸(估值達到67億元及以上的未上市企業)共10家,總估值達到1038億元。

3D列印技術正在催生火箭製造的新賽道,已成為火箭製造過程中的中流砥柱技術。商業航天進入發展快車道,也將極大的刺激3D列印,尤其是金屬3D列印技術的應用發展。

根據市場研究諮詢機構AMPower, 2022年增材製造市場發生顯著變化,航天軍工的需求強勢崛起,其中商業航天發動機的3D列印需求是主要的驅動因素之一,導致包括對選區熔融金屬3D列印、電弧熔絲增材製造技術、雷射沉積送粉成形、復合材料增材製造技術的需求都發生了急劇的增長需求。根據AMPower 2023全球工業增材製造市場報告,2022年選區熔融金屬3D列印的一個直觀的發展趨勢是超過600mm加工尺寸的大型設備需求上升,其中航空航天領域購買的金屬3D列印設備單台均價在100萬歐元以上,一方面滿足大尺寸加工零件需求,一方面滿足小批量零件的量產製造需求。

3D科學谷白皮書

4月24日是第八個中國航天日。值此之際,3D科學谷將分享刊登在《空天動力瞭望》的《全球液氧甲烷火箭發動機研製進展系列—中國商業航天篇》一文,並在文後盤點中國商業航天企業在液氧甲烷火箭發動機研製中所開展的典型3D列印應用。

/ 概述

液氧甲烷火箭發動機具有無毒環保、高比沖、低成本、易於重複使用等特點,並且有在外星原位生產的潛力,能夠較好地滿足商業化火箭發射的需求,因此液氧甲烷發動機技術近年來隨著私人商業航天企業的蓬勃發展而突飛猛進,世界各個國家和地區湧現出一批成熟度各異的有代表性的型號。本文嘗試對近年來液氧甲烷發動機研製進展進行一些梳理,以饗讀者。

在液氧甲烷發動機領域,中國是世界上除美國外研究最熱火朝天的國家,雖然因為歷史原因而技術底子薄,研究起步晚,總體研製進度靠後,但進步速度卻不落下風。近年來,受商業航天公司崛起的影響,國內也湧現了一批民營航天企業,其中有不少公司瞄準了商業火箭發射市場,開始開發液氧甲烷發動機。本系列第二篇文章介紹中國商業航天公司液氧甲烷發動機研製進展。

/ 藍箭航天——天鵲系列

北京藍箭航天公司於2015年成立,2016年下半年開始著手研發液體火箭發動機,目前致力於研製以液氧甲烷發動機為動力的大中型火箭。

藍箭航天的液氧甲烷發動機產品包括天鵲11(TQ-11)、天鵲12/12A(TQ-12/12A)和天鵲15A(TQ-15A)三型發動機,其中天鵲11可作為游機,天鵲12/12A是一級主發動機(12A是12的改進型),天鵲15A是二級主發動機。三型發動機參數如表 1所示,概念圖如圖 1所示。

表 1 天鵲系列發動機參數

圖 1 天鵲發動機概念圖(左:天鵲11, 中:天鵲12,右:天鵲15A)

圖:藍箭航天

天鵲11是藍箭研製的8噸級四機組發動機游機,每機組推力為2噸,用於火箭推力矢量控制。2018年7月,藍箭航天召開發布會,對外公布了「80+10」的火箭動力系統技術路線,其中80噸級液氧甲烷發動機(TQ-12)通用於火箭一級和二級,10噸級液氧甲烷發動機(TQ-11)通用於火箭二級游機和三級。

天鵲11採用燃氣發生器循環、同軸式渦輪泵,1台渦輪泵同時供應4台個推力室,與80噸的主發動機共用閥門。天鵲11採用了泵後搖擺技術,搖擺角度達±25°,實現火箭的俯仰、偏航和滾轉控制,還採用自生增壓技術,可直接為推進劑貯箱提供增壓介質。在生產上,廣泛採用3D列印技術,縮短了組件製造周期。在研製中,天鵲11國內首次將流體動壓密封技術應用於液體火箭發動機工程研製,該技術具有低泄漏、零磨損、適應多次起停的特點,能提高發動機的可靠性;此外,還突破高精度低溫混合比調節器技術,調節器由電機、控制儀控制器驅動,實現低溫發動機混合比無級調節,調節範圍達±10%,可減少推進劑剩餘量,提高火箭運載能力。

2019年1月,天鵲11完成燃氣發生器熱試車,7月完成650s推力室長程試車,9月完成半系統試車,11月20日完成總裝裝配,並在11月30日完成全系統試車,成為當時國內唯一多噴管液氧甲烷火箭發動機。根據報道,在該次試車中發動機起動關機平穩迅速,實測結果與計算值良好吻合,四台推力室工作一致,各組件振動脈動幅值低,試後產品完好,初步考核了發動機技術方案可行性、起動關機時序合理性、多項創新技術、水平狀態游機試車工位適應性。2020年3月,天鵲11在藍箭湖州試驗基地進行了10s、100s、750s(覆蓋全部任務時間)和1500s熱試車,確認了發動機質量和工藝狀態穩定。2020年7月,朱雀二號火箭完成控制系統和二級游機的匹配性驗證試驗,天鵲11在此次試驗中單次工作時間長達3000s,單台累計工作時間4500s,超過額定工作時間5倍,型號累計工作時間超過10000s,完成了±25°搖擺試車。2021年3月,天鵲11又完成一輪試車,單次點火時間4000s,單台累計工作時間超過10000s,型號累計工作時間超過30000s,還完成模擬飛行過程考核,90%~110%連續變推力考核,低溫推進劑自生增壓試驗和搖擺試驗等項目。目前從公開報道看來,天鵲11的狀態已經比較穩定,已經具備使用條件,後續也順利參加朱雀二號火箭的聯試。

圖 2 2019年11月天鵲11全系統熱試車

圖:藍箭航天

天鵲12是80噸級發動機主機,是藍箭航天所有產品中的重頭戲。天鵲12的研製比天鵲11更加循序漸進一些,首先進行了縮比驗證機的研製,然後再進行全尺寸發動機研製。2017年,藍箭開始研發10噸級的縮比推力室原型機,同年9月完成推力室設計,2017年底到2018年初完成了燃氣發生器點火試驗,2018年2月開始推力室試車,驗證了全尺寸發動機所涉及的一系列技術。

2018年7月的發布會上,藍箭宣布完成了天鵲12早期版本的設計工作,隨後幾個月內,發動機各組件密集交付,並在2019年3月完成裝配。同月月底,天鵲12完成5秒的半系統試車,測試了除推力室以外的渦輪泵、燃氣發生器、各種閥門、點火和起動裝置及總裝管路。2019年5月,天鵲12包括推力室在內的整機完成裝配,一周後,天鵲12該型號首次完成全系統試車,在接下來的又一周時間裡連續進行了四次試車,並在5月17日進行了20s的試車,這標誌著天鵲12所需的全部技術基本完成突破。隨後,2019年7月,天鵲12又完成了100%推力試車,總試車時間100s,驗證了多項發動機技術和並對百噸級發動機試車台進行了考核,報道發動機實測推力高於設計值,部分關鍵參數達到飛行要求;2019年10月26日,天鵲12完成了變推力長程試車,總試車時間200s,驗證了推力調節技術和低溫調節器技術。隨後,2020年5月,天鵲12完成三次搖擺試車點火試驗,與朱雀二號火箭的控制系統進行匹配,驗證了大推力主發動機泵後搖擺技術。11月,天鵲12與天鵲11組合成為火箭二級發動機組並完成聯合試車,兩型發動機共用控制和吹除模塊,考核了二級發動機系統和總裝結構方案可行性及主機游機工作協調性。2021年1月,天鵲12連續完成五次400s的長程可靠性試車考核,覆蓋13倍飛行時間,並進行了推力適應性、混合比適應性、極限入口溫度壓力試驗,驗證發動機可靠性和穩定性。2月,四台天鵲12構成了的火箭一級動力系統組裝完成,這標誌著天鵲12該型號已基本定型。根據藍箭航天發布的消息,截至2022年7月底,已經有37台天鵲12被生產出來發動機出廠,熱試車時間總計超過20000s,單台發動機累計啟動11次,累計點火時間3357s。

天鵲12A是天鵲12發動機的改進型,於2021年2月天鵲12完成研製後立項,充分繼承了天鵲12前面型號的技術,通過設計優化提高了9%的推力和4s的比沖,並且減輕了100kg的重量。TQ-天鵲12A在2022年8月進行了二次起動考核試車,在工作400s後關機,再然後二次起動工作10s,發動機起動關機正常,工作平穩。

天鵲15A可以看做是天鵲12的真空版改進型,與後者共用渦輪泵、閥門、燃氣發生器等關鍵部件,取消了游機,節省了400kg重量,同時增大了噴管面積比,同時還具備±4°雙向搖擺功能,可點火三次,可具備60%~110%深度變推能力,渦輪排氣引入噴管延伸段,提高比沖同時減小了側向力。2022年9月25日,天鵲15A完成裝配,10月19日在湖州基地完成首次全系統試車,試驗時長20s,該次試車帶伺服機構,但不帶大未使用噴管延伸段,考核了改進方案可行性和時序正確性。

圖 3 2019年5月17日,天鵲12首次完成全系統熱試車

圖:藍箭航天

2022年11月,藍箭航天自主研製的朱雀二號運載火箭(遙二)主要部組件齊套,在嘉興藍箭航天中心開始總裝工作。該火箭為兩級運載火箭,一級採用4台天鵲12系列80噸級液氧甲烷發動機並聯,二級採用單台天鵲12系列發動機和一台10噸級天鵲11發動機游機。12月14日16時30分,藍箭航天在酒泉衛星發射中心執行朱雀二號遙二首次飛行試驗,火箭一二級主機工作正常,但二級的天鵲11游機工作異常,最終發射任務未能成功。儘管朱雀二號這次不幸未能成為全球首款成功入軌的液氧甲烷火箭,但據報道,火箭仍飛越了卡門線(海拔100km),可以說在液氧甲烷發動機的實戰驗證中走得最靠前了。

/ 星際榮耀—焦點系列

北京星際榮耀公司於2016年10月成立,致力於研發商業運載火箭並提供系統性發射解決方案,為客戶提供系統、高效、優質、具性價比的發射服務,提升人類自由進出空間的能力解決方案。星際榮耀的液氧甲烷發動機產品包括焦點1號和焦點2號,其中焦點1號(JD-1)是15噸級推力發動機,預計將配備到雙曲線二號火箭上,其一子級採用9台焦點1號發動機,二子級採用一台。焦點2號(JD-2)是100噸級推力主發動機,將被用於未來的雙曲線三號運載火箭上,一子級配備9台焦點2號發動機,二級配備一台焦點2號真空版。兩型發動機參數如表 2所示,概念圖如圖 4所示。

表 2 焦點系列發動機參數

圖4 焦點發動機概念圖(左:焦點1號,右:焦點2號)

圖:星際榮耀

儘管星際榮耀公司成立時間比較早,但前期主要集中精力在固體火箭的研製上,在液氧甲烷發動機上的研製開始較晚。2018年6月1日,星際榮耀發布新聞稱焦點1號燃氣發生器點火試驗成功,2019年3月完成渦輪泵和副系統100s聯試,4月完成推力室點火試驗,7月完成200s的全系統長程試車,完成結束了模樣階段研製。同年12月25日,焦點1號完成500s全系統試車,說明其可靠性達到一定水平。2020年5月19日到6月6日,同一台發動機又先後完成四次試車,最長點火時間達500s,累計點火時間超過了1500s,驗證了二次起動、自生增壓系統、分瓣式浮動環密封、氣瓶起動等技術,7月8日到17日,焦點1號又完成了兩次200s的變推力長程試車,驗證了連續流量調節機構的可靠性,累計試車時間達到2107.5s,至此該型號基本完成階段性研製目標。

2020年11月11日,焦點1號完成500s的二次起動搖擺試車,2021年4月1日,完成500s模擬飛行變推力試車,發動機在50%-100%推力範圍內連續工作,試驗證明發動機具備執行垂直起降任務的條件,4月26日,發動機又完成與箭上控制系統的聯合熱試車。

圖5 2019年12月25日,焦點1號完成500s長程試車

圖源:星際榮耀

至於焦點2號,目前與其相關的消息較少,星際榮耀官方只說透露信息僅包括它的推力為百噸量級和比沖大於>300s,前面表2中所列具體參數來自國外愛好者整理,沒有缺少更多資料佐證。2022年9月2日,星際榮耀宣布焦點2號的火炬點火器和針栓噴注器燃氣發生器聯合點火試驗取得成功。後續該型號應該可能會有更多進展,但目前未有公開消息表明星際榮耀擁有自己的試驗台,焦點系列的試驗可能是在租用的試驗台完成的,而焦點2號的推力較大,需要更大更好的推進劑保障設施,其研製速度可能會嚴重受限於目前租用試驗台的試驗能力。

/ 九州雲箭——凌雲、龍雲

九州雲箭公司(北京)空間科技有限公司成立於2017年10月,是一家專業研製液氧甲烷發動機的民營航天企業。與藍箭航天和星際榮耀不同的是,該公司九州雲箭專注於製造液氧甲烷發動機而不涉及運載火箭。

九州雲箭的主要產品包括10噸級的凌雲和70噸級的龍雲兩型發動機,小推力的凌雲通過多級並聯可滿足小型液體火箭的發射、回收及復用需求,也可以用於上面級,而大推力的龍雲可以作為主動力使用。兩型發動機參數如表 3所示,概念圖如圖 6所示。

表3 龍雲、凌雲發動機參數

圖6 凌雲(左)、龍雲(右)發動機概念圖

圖:九州雲箭

凌雲發動機採用柔性噴注單元設計,能夠快速更換噴注單元,便於試驗和方案疊代,並且廣泛採用雷射焊接雷射焊和電子束焊,通過大量採用3D列印技術,減少了90%的焊縫,還利用仿真手段提升設計可靠性,避免採用昂貴的高溫合金材料,節約成本。發動機渦輪泵可採用氣瓶起動,泵端溫度約-190℃,渦輪端燃氣溫度約700℃,功率大於1MW,重量小於31kg。發動機採用主、副雙路火矩式電點火啟動,避免了傳統的火藥柱啟動方式,滿足火箭回收時多次啟動需求地的同時實現了發動機整機無火工品,也提高了發動機貯存、運輸的便捷性。此外,發動機採用泵前搖擺方案,維護採用全氮氣,替代傳統氦氣,降低使用維護成本。

凌雲發動機開始開發的時間不得而知,2018年4月24日,九州雲箭宣布凌雲發動機火炬點火系統已進行了數十次點火試驗,7月14日,凌雲發動機副系統通過200s長程試車考核,驗證了燃氣發生器、火炬點火系統和低溫閥門的工作可靠性,11月完成推力調節系統的半實物仿真試驗,又在12月完成全尺寸推力室短程熱試車,驗證了推力室的流動傳熱特性和多工況下的工作可靠性。

2019年1月,凌雲發動機渦輪泵完成低溫介質考核試驗,集齊了凌雲發動機所需的全部主要組件齊套,5月完成總裝總測,7月完成多次整機20%~30%低推力熱試車試驗,驗證了燃燒裝置和渦輪泵的適應性,以及低箱壓狀態下渦輪泵啟動全程汽蝕狀態工作的適應性。隨後,九州雲箭公司可能是意識到租用試車檔期不穩定的其他單位試車台無法滿足密集的發動機試驗需求,九州雲箭開始在安徽蚌埠建設自己的試驗台,該試驗台擁有同規模雙工位布局,能夠滿足密集的試驗需求。2019年剩下的時間和2020年全年裡,九州雲箭主要精力集中在新試驗台的建設上,凌雲發動機研製暫停,沒有報道更多的試驗。直到2021年3月和4月,凌雲發動機在九州雲箭蚌埠的新試車台上開始了密集試驗,先後進行了多次起動的40%推力試驗和38%~100%大範圍連續變推力試驗,首次驗證了全推力狀態的凌雲發動機,並大幅提高了試驗時長。這是凌雲發動機首次完成全狀態試驗。同年8月,凌雲完成11噸推力500s的長程試車,推力調節範圍達30%~110%,累計數十次啟動,試車時間數千秒,11月,又完成兩輪搖擺試車。

2022年,凌雲發動機開始開發真空版本,真空版本的凌雲發動機是在原發動機基礎上提高噴管面積比實現的。到11月,真空版凌雲發動機已經完成可靠性熱試車考核,實測真空推力12.5噸,比沖341s,三台產品累計完成熱試車8000s,其中單台累計熱試車時長最高達到5000s,單台最多啟動次數30次,產品可靠性得到了充分驗證。

圖7 凌雲發動機完成38%~100%連續變推試驗

圖:九州雲箭

龍雲發動機的開發與凌雲幾乎同步進行,該型號於2019年2月立項,在2019年9月的北京國際航展上正式發布。該發動機繼承了部分凌雲的組件,採用與凌雲相同的火炬點火系統,推力調節技術也是通用的。

2019年6月,龍雲發動機完成燃氣發生器熱試車考核。隨後與凌雲一樣在暫停一年多後也開始了密集的試驗。它於2021年4月完成了半系統試車考核,5月分別完成整機熱試車和三次啟動熱試車,6月完成50%推力的變推力熱試車和長程熱試車,進一步驗證了發動機可靠性。2022年3月,龍雲發動機完成額定工況長程熱試車考核,額定推力達到677kN,比沖達到291s,7月完成系列可靠性熱試車。

目前看來,九州雲箭的雙工位試車台中一個工位以凌雲發動機可靠性積累和真空版研製為主,另一個則為龍雲發動機推力提升及可靠性測試專用工位。兩型發動機研製進度正在穩步推進。

圖8 龍雲發動機完成系列可靠性熱試車

圖:九州雲箭

/ 宇航推進——滄龍系列

北京宇航推進科技有限公司成立於2018年8月,目標是成為全品種商業航天火箭發動機公司,正在開發滄龍一號、滄龍二號、滄龍三號液氧甲烷發動機,其中滄龍一號用於火箭一子級,能夠拓展為真空版,滄龍二號用於二子級,滄龍三號用於上面級,三型發動機參數如表 4所示,概念圖如圖 9所示。

表4 滄龍系列參數

圖9 蒼龍系列發動機概念圖(左:滄龍一號,中:滄龍二號,右:滄龍三號)

圖:宇航推進

據報道,2019年4月18日,滄龍一號的燃氣發生器和火炬式電點火器進行聯合點火試車,該次試車為燃氣發生器全工況點火,按照預定程序實現了點火起動、穩定工作和關機,各項性能指標滿足設計要求,驗證了燃氣發生器設計方案和火炬式電點火器的工作可靠性。同年11月,進行了氣氧甲烷火炬點火系統試驗,點火啟動次數達33次,驗證了點火系統在30%~100%流量範圍內的工作可靠性,獲得了火炬點火器工作參數和流量調節特性,此外,同一時間該公司還交付了滄龍一號推力室全尺寸樣機並完成了推力室點火試驗。緊接著,11月底,滄龍二號推力室交付,2020年初,滄龍一號渦輪泵組件交付。

圖10 滄龍一號燃氣發生器和火炬點火器聯合點火試車

圖:宇航推進

圖11 滄龍一號發動機推力室試車

圖:宇航推進

/ 翎客航天——風暴系列

北京翎客航天成立於2014年,是中國註冊時間較早的私人航天企業。然而,從公開報道來看,該公司早期內部構架不明確,因此未在火箭發射和發動機開發上傾注足夠精力,直到2019年5月,翎客航天管理層調整,更換了CEO,該公司之後才開始認真進行技術開發工作。

轉換更換管理層後,翎客航天首先開始了火箭垂直起降技術驗證工作,兩年後的2021年4月,該公司正式立項風暴-1液體火箭發動機。根據資料,該發動機為電動泵壓式發動機,採用液氧甲烷推進劑,海平面推力10kN,可多次啟動,擁有30%~100%變推力能力。同年11月,翎客航天在江蘇某地搭建了一個簡陋簡單的試驗裝置,完成風暴-1的全系統試車,兩天內完成3次不同推力工況下點火,驗證了電動泵壓式發動機系統設計技術、高速高壓低溫動密封技術、泵壓發動機啟動及關機時序、新型氣液噴注及燃燒穩定性技術等多項關鍵技術。

圖12 風暴-1發動機點火試驗照片

圖:翎客航天

2022年1月25日,翎客航天RLV-T6火箭完成全箭冷試。該火箭據稱搭載了風暴-1發動機,試驗中液氧泵和甲烷泵採用液氮介質,均正常工作。2022年9月28日,翎客航天在位於江陰的動力試驗基地02號工位完成風暴-5A液氧甲烷發動機全系統試車,據稱發動機工作穩定,達到設計預期,試驗圓滿成功。

圖13 風暴-5A發動機全系統試車

圖:翎客航天

/ 總結

總體來看,中國商業航天公司液氧甲烷發動機研製格局與美國顯著不用,呈現「梯隊分布」局面:位於第一梯隊研製進度靠前的藍箭航天、九州雲箭和星際榮耀三家單位已經進行了比較嚴肅全面的系列整機試車,其中藍箭航天的發動機已接近具備與搭載到火箭聯試上進行飛行試驗,但由於可靠性問題未能完全成功。另兩家則已經積累了相當的條件試車時長;第二梯隊研製進度靠後的宇航推進和翎客航天目前只完成了部分部件的研製,距離整機試車還有還有一段距離;最後梯隊的是其他一些進行液氧甲烷發動機開發的商業航天公司,往往只有網站的宣傳頁。

文章來源:空天動力瞭望

作者:黃浩然

/ 3D列印應用

根據3D科學谷,3D列印在航天動力裝備的技術發展邏輯概括為兩點:爆發力強、安全性高。提升爆發力方面,3D列印釋放了設計與製造的自由度,例如通過優化燃料與空氣的混合比,提升動力裝備的動能;提升安全性方面,例如通過3D列印冷卻通道或者是銅金屬,提升了動力裝備的快速散熱性能,獲得更高的安全性。

3D科學谷白皮書

正如《3D列印與工業製造》一書中談到的,3D列印技術已成為航天製造企業搶灘下一代經濟性、可重複利用火箭發動機的重要「籌碼」。全球商業航天企業在高性能火箭發動機部件製造中大膽嘗試著3D列印技術。接下來,讓我們進一步了解上文中談到的液氧甲烷火箭發動機製造商,在其研製工作中開展的典型3D列印應用。

l 藍箭航天-複雜結構一次性成型

2022年10月,藍箭航天輔助動力系統雲鵲(YQ-10)完成首台裝配及測試工作,經驗收合格交付整機熱試車。YQ-10配套於朱雀二號液氧甲烷運載火箭第二批次產品。

藍箭航天

YQ-10發動機由藍箭航天自主研製,主要包括配套的推力室、閥門、貯箱、氣瓶、電纜等15種組合件,並自研多款地面保障設備如電性能測試儀、充放氣設備等。推力室頭部採用3D列印技術方案,隔熱框、毛細管以及噴注器等結構一次性成型,參數選取更加靈活,生產流程大幅簡化。

TQ-12發動機主閥位置示意

藍箭航天

更早期的時候,例如,藍箭航天在2018年8月完成了TQ-12液氧甲烷發動機主閥殼體的製造,該發動機主閥採用增材製造-3D列印技術,新構型技術解決了低溫動密封問題,增強了閥門可靠性,同時能夠縮短研製周期,有效降低發動機生產成本。

l 星際榮耀-降低成本和加工周期、提高零件性能

2023年3月1日-2日,北京星際榮耀空間科技股份有限公司百噸級液氧甲烷火箭發動機「JD-2」順利完成兩次真實介質下的半系統聯合試驗。金屬增材製造技術全套解決方案提供商鉑力特協助研製團隊為「JD-2」液體發動機列印了多個管路類和渦輪泵類零件。

發動機管路類零件示意

鉑力特

航空航天零部件的生產周期長、成本高,製造難度大,而金屬3D列印技術在降低成本和加工周期、提高零件性能等方面頗具優勢。例如:發動機管路類零件多為異形薄壁結構,成形過程易變形,傳統方法生產難度大,周期長。鉑力特產品團隊根據零件成形難點,開發了定製化的工藝方案。利用雷射選區熔化金屬3D列印技術一體成形,有效提高了零件的質量精度,同時可以實現零件的快速製造,幫助用戶加快技術疊代和方案驗證時間,提高了研製效率。

l 九州雲箭-提高結構可靠性

2022年,由九州雲箭出品的龍雲液氧甲烷發動機完成了系列可靠性熱試車考核。在該項目中,鉑力特為九州雲箭列印了旋轉機械零部件、燃燒裝置零部件以及發動機管路等零部件。

推力室實物照片

九州雲箭

早在2018年12月,九州雲箭成功進行了「凌雲」10噸變推力液氧甲烷火箭發動機全尺寸推力室短程熱試車。參加這次試驗的推力室是九州雲箭自主研發的可重複使用10噸液氧甲烷發動機的關鍵組合件之一。九州雲箭廣泛採用雷射焊、電子束焊等自動化焊接工藝,有利於提升焊縫強度和工藝一致性,並通過3D列印、精密數控加工等手段,使整台推力室焊縫數量相較傳統方案減少90%,大幅提升了結構可靠性。

l 宇航推進-縮短生產周期、降低產品成本

2019年,北京宇航推進科技有限公司自主研製的滄龍一號液體火箭發動機(CL-1)全尺寸推力室成品完成交付。2020年初,宇航推進自主研製的滄龍一號液體火箭發動機(CL-1)全尺寸渦輪泵零組件交付齊套,進入最後總體裝配工序。

CL-1推力室產品照片

宇航推進

渦輪泵核心組件照片

宇航推進

在以上推力室和全尺寸渦輪泵零組件的研製中,宇航推進大量採用3D列印、特種成型、特種焊接工藝,大幅縮短生產周期、降低產品成本,為後續批產奠定堅實基礎。

l 翎客航天-優化產品性能

2021年11月初,翎客航天自主研製的「風暴-1」型液氧甲烷發動機全系統熱試車在江蘇某地臨時試驗場進行,試驗取得圓滿成功。

「風暴-1」型液氧甲烷電動泵壓式發動機全系統試車

翎客航天

這次參與試驗的火箭發動機,組件廣泛採用3D列印技術,70%以上組件均採用3D列印工藝,優化產品性能,減少工序及零件數,提高生產效率及成品一致性。

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文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/752da5c1e979da43895b25efbc5e4562.html