直徑2.5米！GKN向空客與賽峰交付3D打印的Ariane 6號(hào)火箭噴嘴

南極熊2017年6月22日訊/日前，GKN航空航天公司宣布已經(jīng)向法國(guó)的空中客車和賽峰集團(tuán)交付了Ariane 6號(hào)火箭的噴嘴（SWAN）。此噴嘴由激光焊接和激光能量沉積3D打印技術(shù)制造，直徑2.5米，與原先采用傳統(tǒng)工藝制造的相比零部件數(shù)量減少了90%（從1000個(gè)到100個(gè)，多么驚人），成本降低了40%，交貨時(shí)間也縮短了30%，可謂得到了全面升級(jí)。

作為歐洲航天局Ariane研究與技術(shù)協(xié)會(huì)（ARTA）計(jì)劃的一部分，該噴嘴已經(jīng)成功通過了使用測(cè)試。現(xiàn)在，它將首先在法國(guó)被安裝到Vulcain 2.1發(fā)動(dòng)機(jī)上，然后到德國(guó)接受進(jìn)一步的測(cè)試。Ariane 6號(hào)火箭計(jì)劃在2020年投入服務(wù)使用，這個(gè)項(xiàng)目是由歐洲航天局資助的，而GKN是空中客車和賽峰集團(tuán)的主要合同承包商。

進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，GKN航空航天公司將在瑞典Trollhättan的一個(gè)新的高度自動(dòng)化的制造中心生產(chǎn)噴嘴，這個(gè)生產(chǎn)中心計(jì)劃于2018年開放。GKN航空航天事業(yè)部一共將為每個(gè)Ariane 6號(hào)火箭提供五個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪機(jī)組件，以及氫氣和氧氣燃料系統(tǒng)發(fā)電裝置內(nèi)的組件。

事實(shí)上，瑞典Trollhättan的GKN航空航天公司的空間業(yè)務(wù)部門自1974年成立以來一直活躍在Ariane計(jì)劃中，迄今為止已經(jīng)為Ariane火箭提供了超過1,000個(gè)燃燒室和噴嘴以及超過250臺(tái)渦輪機(jī)。而這家制造廠與時(shí)俱進(jìn)，現(xiàn)在成為歐洲渦輪機(jī)和金屬噴嘴的卓越中心，通過與學(xué)術(shù)界的合作開展產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的探索，為增材制造走向產(chǎn)業(yè)化的初步研究和開發(fā)的每一個(gè)階段做出貢獻(xiàn)。

GKN Trollhätten增材制造卓越中心所擁有的電子束金屬絲融化焊接技術(shù)主要用于制造大型GKN航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件以及航天零部件。而GKN Trollhätten中心的送粉激光粉末沉積技術(shù)主要應(yīng)用于鈦合金和鎳基合金零部件的修復(fù)。

空中客車和賽峰集團(tuán)結(jié)盟的一個(gè)主要目標(biāo)是對(duì)抗SpaceX — 早在2013年，后者就成功使用EOS的金屬3D打印機(jī)制造出了SuperDraco火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎室（材料是鎳鉻高溫合金）。這款發(fā)動(dòng)機(jī)非常復(fù)雜，其中所有的冷卻通道、噴油頭和節(jié)流系統(tǒng)采用傳統(tǒng)工藝都很難制造，但采用3D打印技術(shù)卻可以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，這種改變還帶來了許多明顯的好處，比如大幅降低了制造成本，縮短了交貨期，以及實(shí)現(xiàn)了“材料的高強(qiáng)度、延展性、抗斷裂性和低可變性等”等優(yōu)良屬性。

此外在2017年1月14日，SpaceX還一掃去年發(fā)射塔上火箭爆炸的陰霾，在加州范登堡空軍基地成功發(fā)射了一枚獵鷹9號(hào)火箭，而該火箭也安裝了3D打印的部件，具體來說是經(jīng)過了后處理的閥體。盡管該部件先后經(jīng)過了一系列測(cè)試（包括嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火測(cè)試、部件級(jí)資格測(cè)試和材料測(cè)試）才最終躋身獵鷹9號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)零件之列。

而在SpaceX之后，Blue Origin也展示了他們?cè)诨鸺�上所使用�?D打印技術(shù)。他們打印的內(nèi)容包括BE-4火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（以液化天然氣為燃料的新一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）的殼體、渦輪、噴嘴、轉(zhuǎn)子。

Blue Origin的Ox Boost Pump增壓泵（OBP）設(shè)計(jì)利用增材制造技術(shù)制造出許多關(guān)鍵部件，從單一的3D打印鋁件，到鎳合金液壓渦輪。增材制造方法允許集成復(fù)雜的內(nèi)部流道到設(shè)計(jì)中，這是難以通過傳統(tǒng)制造技術(shù)制造出來的。渦輪噴嘴和轉(zhuǎn)子也通過3D打印出來，僅僅需要很小的后期加工就可以滿足精度要求。

更重要的是，除了Blue Origin新的格倫New Glenn火箭發(fā)射器， BE-4火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還可以被用在火神火箭發(fā)射器上，該火箭發(fā)射器是由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）開發(fā)的。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟是由洛克希德-馬丁公司和波音公司合資的，洛克希德-馬丁公司和波音公司目前正在權(quán)衡是否使用BE-4還是AR-1。

除了Blue Origin, 阿拉巴馬州Huntsville的Dynetics和加州Sacramento的Aerojet公司正在使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件：預(yù)燃燒器（pre-burner）。預(yù)燃燒器的主要功能是產(chǎn)生熱氣體以啟動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵。當(dāng)然，Blue Origin以及聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA），也投身于開發(fā)此類技術(shù)的行列。

延伸閱讀：
《通用造全球最大噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，含3D打印燃油噴嘴，700臺(tái)290億美金》
《重量減輕35%！賽峰的3D打印金屬渦輪噴嘴獲歐洲航空安全認(rèn)證》

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來源：3D科學(xué)谷