迪拜航天初创企业LEAP 71与中国金属3D打印专家HBD公司合作,成功展示了一台完全采用增材制造工艺制造的低温气塞式火箭发动机。该发动机型号为XRA-2E5,推力高达200千牛,高度约1米,采用液甲烷和液氧作为,并以Inconel 718镍基高温合金为材料,通过单件整体成型技术制造而成。
Inconel 718是航天领域广泛使用的镍基超合金,因其优异的耐热性和机械强度而著称,能够承受极端的热负荷和机械应力。此次制造的关键技术突破在于将计算机辅助设计与大尺寸金属粉末床熔融工艺相结合。发动机复杂的几何结构由LEAP 71自主研发的Noyron计算工程模型生成,系统基于物理原理、设计约束及制造限制进行优化推导。
LEAP 71首席执行官兼Noyron架构师Josephine Lissner表示:“气塞发动机常被视为航天推进的‘圣杯’。它们相比传统发动机具有显著的性能优势,但其复杂的几何结构长期以来给制造和运行带来极大挑战。我们相信,通过计算机工程技术与先进增材制造的结合,终于能将其推向飞行应用。”
与传统带有钟形喷管的火箭发动机不同,气塞发动机采用环形燃烧室和中央锥形喷管结构。这种设计使发动机在不同海拔高度下都能保持高效工作,因为喷流能更好地适应环境压力变化。对于可重复使用运载系统而言,这种特性尤为重要,使其能在稠密大气层和真空环境中均实现稳定高效的运行。在XRA-2E5发动机中,热负荷通过再生冷却系统管理:外部燃烧室由低温甲烷冷却,中央喷锥则由液氧冷却。
HBD市场总监Kevin Chen指出:“一年前,要在如此规模下制造此类发动机几乎是不可能的。气塞发动机特有的平面悬臂结构和复杂内部流道,将金属3D打印工艺推向了极限。此次首台发动机的成功制造,证明了HBD大尺寸增材制造平台在稳定性和精度方面的卓越能力,为后续热试车认证奠定了坚实基础。”
该发动机是在HBD-800设备上完成的,该设备配备10个激光器和830×830×1250毫米的成型空间,连续打印耗时289小时。HBD认为,这一成果尤其证明了其在处理具有悬臂结构和复杂内部流道部件方面的工艺稳定性。对LEAP 71而言,该项目是其正在开发的Oryx可重复使用航天器制造验证的重要一环。
这一突破性进展表明,中国企业在高端金属3D打印装备与工艺领域已具备支撑国际顶尖航天项目的能力,为中国企业参与全球深空探测与商业航天产业链提供了重要参考。
