新的Ariane 6 Vinci發(fā)動機推進室采用3 D打印方式生產

最新一代的Ariane 6 -阿麗亞娜空間火箭將于2020年投入使用，新型火箭發(fā)動機增加了有效載荷能力和靈活性，以高可靠性并適合執(zhí)行各種任務。Vinci發(fā)動機的部分零件在德國奧托布倫生產，并為Ariane 6火箭提供動力，一旦火箭利用其固體燃料助推器逃逸了地球的引力場，Vinci發(fā)動機將會接管后續(xù)的推力。發(fā)動機的設計既節(jié)能又輕便，對于確�？臻g最佳推進起到重要作用。

圖片：Vinci發(fā)動機火箭推進室，來源：德國宇航中心

增材制造和粉末冶金技術都被采用到Vinci發(fā)動機中的零件的制造過程中，發(fā)動機的設計人員認為3D打印可以降低成本并優(yōu)化加工效率。根據Ariane計劃的Denis Regenbrecht，3D打印尤其適用于涉及到復雜結構的零件生產，不僅消除昂貴的制造成本，還可以通過簡化發(fā)動機結構從而大大降低了其他方面的成本。

這樣的成本效益對于生產所有的空間技術來說是至關重要的，歐洲發(fā)射系統在全球市場上面臨的競爭越來越激烈，根據Denis Regenbrecht，“競爭將來會加劇控制成本的壓力，Ariane 6號是對這種競爭壓力的積極應對，因為其發(fā)射費用將約為Ariane 5號的一半�！�

Vinci發(fā)動機的主體將由Ariane集團在法國的Vernon工廠生產，而燃燒室則在德國生產。 Vinci在膨脹器循環(huán)后使用低溫氫（LH2： – 負253°C下的液態(tài)氫）作為燃料，低溫氧（LOX – 零下180°下的液態(tài)氧）作為氧化劑。首先，燃料在燃燒室周圍流動，冷卻并蒸發(fā)。由該方法產生的氣體用于驅動渦輪泵，氧化劑和燃料進入燃燒室，在那里它們與另外的氧化劑一起燃燒。

注：網絡配圖

據報道，Ariane 5號在其79次成功發(fā)射中是迄今為止最可靠的運載火箭之一。阿麗亞娜6的發(fā)動機經過仔細測試，以確保有效載荷并安全運輸到太空，進一步的測試正在德國蘭波德豪森（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt，簡稱DLR）空間推進研究所進行。

總部位于科隆的德國宇航中心（DLR）是德國負責研究航空航天并且計劃、實施航天任務的機構，是德國國家級航空和航天研究中心，其廣泛的研究和開發(fā)工作被納入國家和國際合作項目中。

Ariane 6號火箭的發(fā)動機制造承包商主要是GKN。2017年6月，GKN航空航天公司宣布向法國的空中客車和賽峰集團提供了先進的Ariane 6號火箭噴嘴（SWAN）。直徑為2.5米，噴嘴采用創(chuàng)新技術制造而成，性能更高，交貨時間更短，成本更低。通過激光焊接和激光能量沉積工藝對關鍵結構零部件進行加工，使得噴嘴的零部件數量減少了90％，從約1000個零部件減少到約100個零部件。并且降低了40%的成本，減少了30%的交貨時間。

GKN航空航天事業(yè)部一共將為每個Ariane 6號火箭提供五個復雜的子系統，包括發(fā)動機的渦輪機組件，以及氫氣和氧氣燃料系統發(fā)電裝置內的組件。

注：網絡配圖

事實上，瑞典Trollhättan的GKN航空航天公司的空間業(yè)務部門自1974年成立以來一直活躍在Ariane計劃中，迄今為止已經為Ariane火箭提供了超過1,000個燃燒室和噴嘴以及超過250臺渦輪機。而這家制造廠與時俱進，現在成為歐洲渦輪機和金屬噴嘴的卓越中心，通過與學術界的合作開展產業(yè)化生產的探索，為增材制造走向產業(yè)化的初步研究和開發(fā)的每一個階段做出貢獻。

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主要用于制造大型GKN航空發(fā)動機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主要應用于鈦合金和鎳基合金零部件的修復。

來源：3D科學谷