广告

号称能节省30%燃料的3D打印火箭引擎

2020-02-20 Gina Roos,Electronic Products主编 阅读:
号称能节省30%燃料的3D打印火箭引擎
德国研究人员以3D打印技术打造了新式火箭引擎,配备了微型发射器使用之气尖喷嘴,能用以将小型卫星送上太空...

来自德国德勒斯登Fraunhofer材料暨光束技术研究所(Institute for Material and Beam Technology,简称Fraunhofer IWS),以及德勒斯登工业大学(TU Dresden)航天工程研究所的研究人员,以3D打印技术打造了新式火箭引擎,配备了微型发射器使用之气尖喷嘴(aerospike nozzle),能用以将小型卫星送上太空;研究团队已经制作出按比例缩放的引擎原型(参考文章上方大图),预期这种引擎消耗的燃料能比传统引擎减少30%。T7xednc

该研究团队表示,小型卫星市场呈现成长态势,根据市场研究机构Allied Market Research的估计,该市场可从2018年的36亿美元,在2026年达到157亿美元的规模,期间复合年平均成长率(CAGR)为20.1%。小型卫星的重量通常低于500公斤,其市场成长动力来自于农业、能源、土木工程、石油与天然气等产业对地球观测服务的需求。T7xednc

英国打算在苏格兰兴建一个太空港──这会是欧洲的首个太空港,而德国工业联盟(Federation of German Industries,BDI)也支持建立一个国家太空港,设置将研究设备与小型微星送上太空的中、小型发射器平台;这种小型发射器的酬载重量可达350公斤。T7xednc

上述的Allied Market Research研究报告指出,与传统卫星相较,小型卫星的开发周期较短,所需开发团队规模也比较小,制造与发射成本也因此降低;但一个可能阻碍小型卫星市场成长的因素是──缺乏专用发射器。T7xednc

德国的研究人员们相信,气尖引擎能让微型发射器更节省能源;经过了两年的努力,他们在德国联邦教育暨科研部(German Federal Ministry of Education and Research,BMBF)的赞助下,成功制作并测试了气尖引擎,预期燃料消耗量远低于传统火箭引擎。T7xednc

其研发成果的独特之处,在于燃料喷射器、燃烧室以及喷嘴都是利用称为「雷射粉床熔融」(laser powder bed fusion,L-PBF)的积层制造技术一层一层印出来的;研究人员表示:「喷嘴是以尖状的中心体组成,这种设计是为了加速燃烧气体。」T7xednc

由Fraunhofer IWS与TU Dresden联合营运的德勒斯登积层制造中心(Additive Manufacturing Center Dresden,AMCD)科学助理Michael Muller表示,气尖引擎技术可回溯到1960年代,而现在他们是将积层制造导入传统制程,催生更高效率的引擎。T7xednc

研究人员表示,气尖喷嘴「能在从地球发射至太空轨道的过程中,更良好适应气压变化,并因此使其更具效率,燃料消耗量能比传统引擎更低;」消耗的燃料更少,意味着整体系统的重量能进一步减轻,并且让酬载量更大。T7xednc

为了实现以积层制造技术──也就是3D打印──设计与制作的火箭引擎,项目团队中的TU Dresden航天专家负责为引擎画设计图,Fraunhofer IWS研究人员则进行制造与材料的验证;该团队的第一步是让设计能适应积层制造程序,然后是材料的选择与特征化。接下来他们以L-PBF技术制作了引擎的两个零件,并对其表面功能进行二次加工,用雷射焊接将零件结合;再用计算机断层扫瞄来检查孔洞或其他缺陷,以确保烧结粉末不会阻塞冷却通道。T7xednc

研究人员决定以积层制造技术制作金属火箭,是因为这种火箭需要优异的冷却以及内部冷却通道。「这种复杂的再生冷却系统具备如迷宫般的内部管道,无法以传统方法铣磨铸造;」Fraunhofer IWS的3D制造部门经理Mirco Riede表示:「藉由一层层熔化粉末,这种选择性的雷射熔融技术能逐渐形成具备1mm宽度冷却信道的零件。」他接着指出:「冷却通道沿着燃烧室的轮廓,内部残留的粉末会被清干净;这种金属必须满足严格的要求,在高温下仍维持固态与良好的导热性,以确保最佳冷却效果。」T7xednc

研究团队制作的气尖引擎原型已经过TU Dresden航天工程研究所的实验室测试,达到30秒的点火时间(burn time);Muller表示,这证明了使用积层制造技术能成功打造出可用的液体推进喷射引擎。目前研究人员正在研究如何进一步提升该喷射系统的引擎效率,于2020年1月启动了名为CFDμSAT的新项目,并与欧洲火箭开发商Ariane Group以及德国大厂西门子(Siemens)结为伙伴。T7xednc

 (原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考链接:3D-Printed Rocket Engine for Microlaunchers Consumes 30% Less Fuel,编译:Judith Cheng)T7xednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 为什么在设计中不能让任何东西悬空? 有时,很长很大的需求文档可归结为几个关键思想。例如NASA手册4002a,在其内部充电图中,就强调了两种关于静电放电的故障。
  • 拆解马斯克的星链卫星Starlink dish 马斯克的星链计划Starlink在去年8月正式上线后,各用户陆续发表了一些开箱评测,有用户表示其下载速度高达174Mbps,称感觉自己来到了未来。Starlink dish地面终端售价499美元,但据业内人士分析,Starlink的成本大约在2400美元左右,相当于卖一个亏1900美元,因此很多网友对其内部构造充满好奇,这不,最近开始很多网友开始对其进行了拆解。
  • 毅力号火星探测车为何要用苹果电脑1997年的处理器架构 NASA的“毅力号”探测车在2021年2月18日登陆火星表面,NASA使用一款安装于苹果(Apple) iMac G3电脑中的处理器,它采用的是1997年的处理器架构——运算频率仅200MHz,RAM记忆体为256MB。“毅力号”为什么采用较低阶技术?
  • 毅力号的CPU是23年前的产品,航空航天处理器为何如此落 成功登陆火星的美国太空总署(NASA)毅力号所使用的是20 多年前技术的处理器。对此,许多网友展开了关于“为什么航空航天处理器如此落后”、“航天器中的宇航级芯片设计有什么特别之处?”之类的讨论。其实,在航天领域中,芯片的性能并不是第一考虑要素……
  • F-35驾驶舱的优点和缺点 F-35是美国最新一代战斗机,对于飞行员来说,借用现在互联网流行的一句话:其舒适体验感如何呢?我们来看看该战斗机驾驶舱的优点和缺点。
  • 东风DF-26怎样解决超音速巡航时的超高温难题? 最近,美国和加拿大通过卫星证实了中国人民解放军在中国东部和西部地区均部署了“东风26”中远程弹道导弹。去年,笔者曾草草计算了《东风DF-26B和DF-21D两枚导弹同时击中南海目标的飞行时间和轨迹》,东风26之所以被称为“航母杀手”,是因为其巡航速度快,达到了10马赫以上,这么快的速度在出入大气层必定会产生非常高的温度,那么怎么解决这种高温难题以不至于导弹还未射中目标就像“雪糕”一样融化呢?本文不仅从效应、原理、复合材料,还通过引用“超音速导弹温度场建模与仿真”论文进行了综合介绍。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了