Первый в мире 3D-печатный клиновоздушный ракетный двигатель проходит испытания

Подписаться на 3Dtoday
news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
12.09.17
1625
1
Новости
5
Австралийская компания Amaero провела первые успешные стендовые испытания клиновоздушного ракетного двигателя, целиком изготовленного с помощью аддитивных технологий. Необычная силовая установка, напечатанная на 3D-принтере, может помочь в миниатюризации и удешевлении ракетной техники. Рассказываем, почему это круто и важно.
PREVIEW
Компания Amaero основана выходцами из австралийского Университета Монаш. На их счету уже имеется одно важное достижение: именно эта команда в 2015 году представила первый в мире 3D-печатный турбореактивный двигатель (на иллюстрации ниже), фактически реплику генераторов, используемых на самолетах бизнес-класса Dassault Falcon. Инновации мельбурнских инженеров не остались незамеченными компанией-производителем упомянутых двигателей, и в ноябре прошлого года французский конгломерат Safran SA заключил с Amaero договор по аддитивному производству компонентов вспомогательных силовых установок. Получив надежный источник прибыли, австралийцы продолжили исследования, решив возродить полузабытую концепцию клиновоздушных ракетных двигателей в рамках исследовательской программы «NextAero».
cea91bc8aa1c829302fb15ecc71e0f25.jpg
Даже самые неискушенные читатели знают, что сопла современных ракетных двигателей имеют колоколообразную форму – это так называемые сопла Лаваля. Такие двигатели относительно просты в изготовлении, но их эффективность зависит от плотности атмосферы на разных высотах полета. Дело в том, что направление, а отсюда и эффективность реактивной струи балансируется внутренним давлением в камере сгорания и наружным давлением, создаваемым атмосферным потоком. Разницу в давлении компенсирует форма куполообразного сопла, а давление воздуха напрямую зависит от плотности атмосферы на заданной высоте.
69a522078340e0f4a7086fda14ffe228.jpg
В узком диапазоне высот такая концепция работает весьма эффективно, но один и тот же двигатель не может быть одинаково эффективен в плотных слоях атмосферы и в вакууме. В современных ракетах-носителях эта проблема решается за счет многоступенчатой конструкции: двигатели каждой ступени оптимизированы для работы в определенном высотном диапазоне. Отработанные ступени приходиться отстреливать, что с одной стороны избавляет систему от необходимости тащить на орбиту мертвый груз, а с другой выливается в дополнительные расходы. Отсюда и идея посадки и повторного использования ступеней, совершенствуемая на практике компанией SpaceX (на иллюстрации выше).
3475bf199501f5d6464255f50998e502.jpg
Но если в больших ракетах-носителях многоступенчатая конструкция имеет больше плюсов, чем минусов, то небольшие носители, рассчитанные на запуск одного-двух спутников в формате CubeSat и максимальную ценовую доступность, было бы логичнее выполнять одноступенчатыми. Нужен лишь двигатель, способный одинаково эффективно работать и на стартовой площадке, и в космосе. И такой вариант есть.
29d4b2519fa999aba08eaed59fb2e14f.png
Клиновоздушное ракетные двигатели получили свое название из-за центрального компонента, напоминающего клин, вокруг которого формируется реактивная струя. Рециркуляция горячих газов вокруг основания клина позволяет естественным образом балансировать внутреннее и внешнее давление, сохраняя направленность выхлопа. Можно даже сказать, что это сопло Лаваля шиворот-навыворот. Эффективность таких двигателей в целом несколько ниже, чем у традиционных оптимизированных колоколообразных конструкций, зато практически не меняется с высотой.
3a226eb571fa72fa74d54370974cbe60.png
«Мы смогли сфокусироваться на элементах, повышающих производительность силовой установки, включая геометрию сопла и встроенную систему охлаждения. Обычно сложность конструкций приходится ограничивать, исходя из имеющихся производственных возможностей. При использовании аддитивных технологий такие ограничения отпадают», – поясняет руководитель проекта Грэм Белл.
c7ff1cc12d24430bcb9d83a3b731ba30.png
Опытный образец двигателя под кодовым названием «ProjectX», работающий на сжиженном природном газе, изготовлен с помощью двух технологий 3D-печати – селективного лазерного наплавления (SLM) и прямого лазерного осаждения. Тяга экспериментального двигателя достигает 4 кН, а качестве основного материала используется жаропрочный, антикоррозийный никелевый сплав Hastelloy X. Весь двигатель состоит всего из двух частей – камеры сгорания и клина. Одна из главных проблем этой концепции заключается в эффективном охлаждении, а потому обе детали имеют внутренние каналы миллиметровой глубины для циркуляции охлаждающей жидкости, воспроизвести которые с помощью традиционных технологий было бы практически невозможно.
1a82368edb0460d97263d9d6e5da827e.png
В оригинальном дизайне предусмотрены внутренние стенки, удерживающие клин на месте и разделяющие камеру сгорания на три части. Пока что это фиксированная конструкция, но инженеры Amaero рассматривают возможность создания более совершенного двигателя с интегрированным изменяемым вектором тяги. Будучи экспериментальным прототипом, текущий вариант вряд ли найдет применение в практических проектах, но послужит отличным демонстратором технологий.

О проекте:
Производство, сборка и подготовка к испытаниям:
Пробные запуски:
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.
Подписаться на 3Dtoday
5
Комментарии к статье

Комментарии

13 Сен 08:08
0
Предел примененной технологии - 1мм канал. Капилляр - 0,01 мм. Есть куда идти.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Набор юного мехостроителя

«Что цело, то и годно в дело»*.

Черная пятница: скидки до 50% на весь ассортимент!

Wanhao D7 v 1.4 Red edition. Главное - работает!

В Новосибирске налаживают аддитивное производство титановых имплантатов

Голая статистика или жизнь после сертификации