航天六院借助3D打印研制我国新型火箭发动机,应用发动机数量达50余种-金属3D打印工厂

航天六院借助3D打印研制我国新型火箭发动机,应用发动机数量达50余种-金属3D打印工厂插图

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航天六院借助3D打印研制我国新型火箭发动机,应用发动机数量达50余种

上周,航天六院分别取得了两个重大型号的首次火箭发动机整机试车成功,分别是500吨级我国目前最大推力液氧煤油火箭发动机和目前我国推力最大的80吨级液氧甲烷发动机。除此之外,航天六院还发布了即将亮相航展的85吨级开式循环液氧煤油发动机的研制历程。3D打印技术参考注意到,在重点型号的研制过程中,不乏3D打印技术的应用

以85吨级开式循环液氧煤油发动机为例,该型发动机是航天六院积极探索适应商业航天需求研制的新型发动机,旨在满足当前低成本、快速进入太空的“刚需”,适合于近年来国内外商业航天对卫星载荷发射的需求。以开式循环液氧煤油发动机为基础的运载火箭,凭借其大推力、结构简单、低成本、易维护,在世界范围内已经成为商业航天发射的主力。在发动机的研制过程中,有众多3D打印技术的应用。

航天六院借助3D打印研制我国新型火箭发动机,应用发动机数量达50余种

01
西安航天动力研究所
三年内完成新型发动机从概念到定型
按照惯例,一款新型大推力火箭发动机从确定设计指标到正式定型,往往需要10年左右时间。近年来,随着商业航天的快速崛起,“惯例”正在逐渐被打破。在研制85吨开式循环液氧煤油发动机的过程中,团队积极吸取国外知名商业航天公司的快速迭代研制思想,通过一次试车多次点火,完成多个考核目的,大幅降低研制成本。
在虚拟开发、虚拟验证、虚拟装配等“黑科技”加持下,研制团队在成熟产品的研制数据、研制经验基础上,通过数字化手段,进行发动机建模、仿真和分析,加快研制进度。
研制初期,设计人员遇到某民营航天公司的涡轮泵专家,该专家问,你们发动机进展怎么样,什么时候涡轮泵联试。设计人员回答,我们不做涡轮泵联试,直接整机试车。回答令专家惊讶不已。涡轮泵联试是发动机研制流程中的一项重要工作,也是体现研制进展的一个标志性节点。但涡轮泵联试对于试车台改造工作量很大,加上产品生产装配时间,整个周期预计在半年以上。经过充分论证,大胆创新,团队应用新技术、新验证方法,合理策划试验流程,绕过涡轮泵联试,直接在整机状态下进行主系统验证试车和整机全系统试车,一试就成,大幅加快了研制进度。

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及时转变设计理念,团队积极拥抱新兴的增材制造技术(即3D打印技术),按3D打印特点优化设计建模,制造出低流阻主阀壳体、一体式点火导管等产品,使组件性能提升、重量减小,同时显著降低研制阶段组件制造成本和用时
目前,85吨开式循环液氧煤油发动机已完成十余台发动机整机试车,可用于商业演示验证飞行试验和小批量应用。从2018年立项,该发动机以过去难以想象的速度完成了从概念到产品的华丽蜕变。
02
西安航天发动机有限公司
3D打印零件进行了数十次可靠性考核
85吨级开式循环液氧煤油发动机由航天科技集团六院西安航天发动机有限公司生产制造。此型发动机的研制,标志着液体动力“国家队”在商业航天领域迈出了重要一步。

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航天六院指出,该型号在关键零组件部位采用3D打印技术,实现方案的快速验证,并在长期试验中进行了数十次可靠性考核。西发公司还突破了喷注器小孔群精密加工技术、直流自击式铜-钢喷注器盘环钎焊技术、涡轮泵壳体快速砂型3D打印铸造技术、阀门复杂壳体增材制造技术双组元离心式喷注器一体化增材制造技术、低温氧阀密封装配技术等多项工艺技术难点。

航天六院借助3D打印研制我国新型火箭发动机,应用发动机数量达50余种

该发动机已完成11台单机研制试车、6台工艺试车、共40次点火,累计时长3536s;单台考核最多6次、834s,单次最长500s;80吨及以上工况单台试车时间451s、累计试车时间超过800s;首台产品搭载总体完成动力系统试车,第二台已组装完成具备交付条件。

目前,针对85吨级开式循环液氧煤油发动机的研制生产,正在筹建批产能力,主要用于商业航天发动机的销售和技术服务工作,可满足不同总体用户需求。

END

近年来,我国在航天事业方面飞速发展,一批新技术、新材料更多的应用在新产品的研制过程中。除了本文所着重介绍的85吨级开式循环液氧煤油发动机,航天六院还在500吨级液氧煤油发动机的研制过程中提出了“从接口协调、组件设计到整机设计,必须全部实现三维设计”的要求。基于全数字化三维模型,设计团队开展了拓扑优化,大幅减轻发动机重量

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航天液体动力增材制造产业化中心生产线

根据航天六院于11月发布的消息,航天特种构件增材制造技术创新中心建立了覆盖设计、材料、成形、后处理、检测评价的全流程技术体系和能力体系,实现了3D打印技术在军工装备制造领域推广应用的示范引领。目前,已实现了高速旋转件、复杂壳体等20余类结构共500多种复杂精密构件的增材制造工艺替代,应用于50多种液体火箭发动机,开创了航天液体动力整体集成制造的先例,支撑了产业化、规模化生产能力的提升。

注:本文内容来自航天六院。
✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

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