تولید مواد افزودنی فلزی برای بهبود موتور موشک E-2 Liquid

شکی نیست که ماهواره ها نقشی حیاتی در زندگی ما دارند. آنها نه تنها اطلاعاتی در مورد ابرها، اقیانوس ها، هوا و زمین ارائه می دهند (به دانشمندان اجازه می دهد آب و هوا و آب و هوا را پیش بینی کنند)، بلکه برای ارتباطات جهانی و بسیاری موارد دیگر نیز ضروری هستند. اما آیا می دانید اندازه ماهواره ها کاهش یافته است؟ امروزه تولید ماهواره ها ارزان تر است، زیرا سبک تر از نسخه های قبلی هستند که به کاهش هزینه های پرتاب کمک می کند. بنابراین، شرکت ها نیز در تلاش هستند تا موشک های کوچک تر و ارزان تری برای پشتیبانی از آنها بسازند. یکی از قابل توجه ترین های موجود در بازار همان چیزی است که توسط شرکت Launcher تصور شده است.

استارت آپ کالیفرنیایی لانچر در سال 2017 برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد تأسیس شد که از عرضه در بازار پرتابگرهای ماهواره (که انتظار می رود تا سال 2030 از 8 میلیارد دلار به 38 میلیارد دلار افزایش یابد) پیشی می گیرد. این شرکت فناوری رانش مایع و استفاده از پرینت سه بعدی فلزی را برای ایجاد موشک ها و کشتی های باری موثر برای قرار دادن ماهواره های کوچک در مدار ترکیب می کند. به طور خاص، موتور موشک پرتاب کننده موتور-2 (E2) کم هزینه را طراحی کرد که مخصوصاً برای تولید انبوه بهینه شده بود. هدف آن این است که بالاترین عملکرد موتور موشک مایع در کلاس خود باشد و در نظر گرفته شده است که جزء رانش هسته موشک لایت لانچر باشد. و برای توسعه آن، Launcher به Stratasys Direct Manufacturing و فناوری چاپ سه بعدی فلزی Velo3D روی آورد.

موتور موشک مایع E-2 (اعتبار عکس: لانچر)

روی موتور موشک E-2 Liquid تمرکز کنید

همانطور که قبلا ذکر شد، موتور موشک E-2 Liquid به گونه ای طراحی شده است که بخشی از راکت های با کارایی بالا لانچر باشد. این موتور 22000 پوندی با نیروی LOX (اکسیژن مایع)/RP-1 (نفت سفید)، کارآمدترین موتور پرتابگرهای کوچک در جهان محسوب می شود. پرینت سه بعدی با آلیاژ مس، راندمان احتراق 98٪ و عملکرد 365s Isp (ضربه خاص) را ارائه می دهد. علاوه بر این، پروانه پمپ LOX به دلیل بالانس بالا، می تواند در شرایط برودتی با سرعت 30000 دور در دقیقه بچرخد و در عین حال اکسیژن مایع را حمل می کند.

با این حال، نوآوری و عملکرد ارائه شده توسط موشک E-2 به این معنی است که ساخت آن چندان ساده نیست. توربوپمپ، از جمله توربین آن، چالش خاصی را ارائه می دهد. مکس هاوت، بنیانگذار و مدیر عامل لانچر، سختی پروژه را توضیح می دهد: اگر هر موتور موشک مایعی را در نظر بگیرید که قادر به رسیدن به مدار باشد، توربوپمپ یکی از سخت ترین بخش های پروژه یا حداقل نیمی از چالش است. و اگر در مورد یک توربوپمپ برای احتراق مرحله ای سیکل بسته صحبت می کنید، این سطح چالش افزایش می یابد. »

و اگرچه ساخت افزودنی فلزی برای پروژه انتخاب شد، اما اشتباهات در این سطح از عملکرد بالا امکان پذیر نیست. آقای هاوت می افزاید: من می خواهم بر اهمیت این نکته تأکید کنم. ما با اکسیژن مایع و یک توربین روبرو هستیم که با سرعت 30000 دور در دقیقه می چرخد \u200b\u200bتا تقریباً یک مگاوات انرژی تولید کند. در این نوع محیط، با فشار تخلیه چهار هزار psi، هر گونه ناهنجاری، هرگونه اصطکاک بین روتور و استاتور، می تواند منجر به جداسازی آنی، سریع و بدون برنامه ریزی شود. » بنابراین فن آوری های مخرب کلید خواهد بود.

محفظه رانش پرتابگر E-2 در مقر لانچر (اعتبار عکس: لانچر/جان کراوس)

بنابراین لانچر به Stratasys Direct Manufacturing روی آورد که خود از فناوری Sapphire® Velo3D برای ایجاد توربین سلف استفاده کرد. این جزء حیاتی، LOX را به سمت محفظه احتراق شتاب می دهد و به سمت محفظه احتراق سوق می دهد و جریان سیال بیشتر و نیروی رانش بیشتری را برای موشک ایجاد می کند. به طور خاص، چرخ E-2 با ادغام دو بخش پرینت سه بعدی مجزا، یک سلف و یک توربین، در یک جزء مشترک و کارآمد ایجاد شد. ماده انتخاب شده INCONEL 718 است، یک ماده مقاوم در برابر خوردگی که سازگاری خوبی با LOX و مقاومت مکانیکی عالی در برابر دماهای برودتی دارد.

چرا تولید افزودنی های فلزی؟

اگر Launcher می توانست هر فناوری را انتخاب کند، چرا این شرکت به تولید افزودنی های فلزی و به طور خاص به راه حل Velo3D روی آورد؟ همانطور که انتظار دارید، تولید افزودنی های فلزی دارای مزایای متعددی است، به ویژه از نظر کاهش هزینه و آزادی طراحی. با این حال، هر راه حلی نمی توانست این کار را انجام دهد. عمدتاً به این دلیل که برای بدست آوردن خواص لازم، قطعه را نمی توان با تکیه گاه های داخلی یا با چاپ کج شده ساخت. بنابراین Stratasys Direct تصمیم گرفت از فناوری Velo 3D\'s Sapphire® برای توانایی چاپ قطعات بدون پشتیبانی استفاده کند.

به ویژه، توانایی چاپ تخت برای تیم ضروری بود، زیرا کج کردن قطعه در طول فرآیند چاپ مانع از دستیابی آنها به یک جزء متعادل می شد. اما این با راه حل های دیگر امکان پذیر نخواهد بود، زیرا معمولاً اگر کاربران بخواهند از پشتیبانی های داخلی (که برای اکثر هندسه های پیچیده در بسیاری از راه حل های چاپ سه بعدی فلزی مورد نیاز است) اجتناب کنند، باید قطعه را کج کنند. با این حال، این مورد در مورد سیستم Sapphire® نیست.

اعتبار عکس: لانچر/جان کراوس

همانطور که گفته شد، راه حل Velo3D در صنعت تولید مواد افزودنی به دلیل آزادی طراحی منحصر به فرد است، بنابراین شعار شرکت را در بر می گیرد: " قطعه مورد نظر و مورد نیاز خود را چاپ کنید - بدون مصالحه » ("قسمتی را که می خواهید و نیاز دارید چاپ کنید - بدون مصالحه"). این آزادی نتیجه چندین عامل است، از جمله این واقعیت که Velo3D یک راه حل پیشرفته و کاملاً یکپارچه پرینت سه بعدی فلزی از جمله نرم افزار آماده سازی چاپ خود به نام Flow™ و نرم افزار Assure™ آن را برای تأیید کیفیت ارائه می دهد. علاوه بر این، قادر به چاپ زوایای بسته، نزدیک به صفر درجه است. این نکته آخر مخصوصاً برای Launcher مهم بود زیرا نشان می دهد که می توان قطعه را صاف چاپ کرد.

کج کردن قطعه به دلیل ایجاد استرس در حین چاپ، از جمله جلوگیری از ساخت قطعه ای که قادر به دستیابی به چرخش کاملا متعادل باشد، کیفیت را به خطر می اندازد. به گفته Stratasys Direct، با سیستم Velo3D می توان پروانه ها را در جهت ایده آل چاپ کرد و در عین حال از نیاز به تکیه گاه های داخلی که می توانست به قسمت نهایی نیز آسیب برساند، اجتناب می کند. آندره ایوانکوویچ، مهندس مکانیک در لانچر، توضیح داد: با چاپ تخت قطعه، توزیع متقارن جرم قطعه را نسبت به این محور مرکزی چرخش به دست آوردیم. »

نتیجه چیست؟

آخرین مرحله قبل از نهایی سازی، قسمت به دست آمده باید قبل از گذراندن یک فرآیند اعتبارسنجی کامل، تحت عملیات شخصی سازی پس پردازش قرار می گرفت. برای انجام این کار، Stratasys Direct قطعه را تا حدی ماشینکاری کرده است تا هرگونه پودر را از کانال های داخلی قبل از قرار دادن آن در معرض درمان های مقاوم در برابر حرارت تایید شده از بین ببرد. قدم بعدی این بود که اطمینان حاصل شود که توربین قبل از عملیات حرارتی، چگالی و یکپارچگی مواد را برآورده می کند.

تخصص ساخت افزودنی Stratasys Direct همراه با پس پردازش دقیق اضافی و توانایی Velo3D برای چاپ بدون پشتیبانی، بخش بسیار پیچیده و کاربردی را با موفقیت ایجاد کرد. تا کنون، آزمایشات قطعی نشان داده است. لانچر اخیراً در طی کارزاری در مرکز فضایی استنیس ناسا، توربوپمپ موتور E-2 را برای نیروی فضایی ایالات متحده آزمایش کرد. تیم آزمایش E-2 توانست در 11 آزمایش به تمام اهداف قدرت، فشار ورودی و خروجی، کارایی و ارتعاش دست یابد و حتی از آنها فراتر رود. می توانید درباره نحوه ساخت E-2 با استفاده از محلول Sapphire® Velo3D اطلاعات بیشتری کسب کنید ICI.

نظر شما در مورد ساخت موتور موشک E-2 لانچر چیست؟ نظر خود را در نظرات مقاله به اشتراک بگذارید. همه ویدیوهای ما را در کانال ما بیابید یوتیوب یا ما را دنبال کنید فیس بوک یا توییتر !

* اعتبار عکس روی جلد: لانچر