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“苍穹”试车,华曙助力火箭发动机实现重大创新

发布时间:2022.03.24   阅读次数:582

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近日,我国航天民营企业星河动力公司50吨级液氧/煤油发动机首次全系统试车圆满成功!这是“苍穹”发动机的首次全系统试车,本次试车成功,标志着我国民营商业航天领域最大推力的液氧/煤油发动机正式进入工程研制阶段。

“苍穹”50吨级可重复使用液氧/煤油发动机是国内首款采用针栓式喷注技术的大推力液体火箭发动机,具备深度变推能力,是200-300吨级液体火箭垂直回收的最佳选择。其中,该发动机的涡轮泵和液氧煤油主阀壳体等多款零件由飞而康科技采用华曙高科金属3D打印解决方案生产。

“苍穹”可重复使用液氧/煤油发动机(来源:星河动力、飞而康科技)

此次全系统试车目的是验证发动机起动关机时序、系统和结构方案可行性、各组合件工作协调性。试车过程中,发动机按预定程序起动,点火、起动和转级正常,各组件工作正常,燃烧稳定,喷管出口火焰明亮,主要参数与调整计算值一致,按程序关机,试后产品完整,试验取得圆满成功。

视频来源:星河动力

开发多项专属定制金属3D打印工艺

2019年7月,飞而康科技与星河动力公司建立了联系,并在9月正式承接了此项目,各大小零件总计30多件。该批零件在设计制造的过程中,使用了华曙高科金属3D打印解决方案,历时4个月顺利完成所有零件的交付。期间,飞而康团队在华曙高科开源金属3D打印设备上开发了针对火箭发动机部件的激光束焊接,叶轮、转轴的五轴加工工艺,动平衡实验,阳极氧化处理,以及气压液压测试多套专属定制试验工装。此次与星河动力公司的合作是在火箭发动机部件增材制造发展上的一个大胆突破。

飞而康金属增材制造超级工厂

图片来源:飞而康科技

“苍穹”液氧/煤油发动机作为星河动力公司“智神星一号”可重复使用液氧/煤油运载火箭第一级(7台并联)和第二级(1台)的主动力装置,是新型多次启动变推力燃气发生器循环液体火箭发动机。每台发动机海平面额定推力50吨(第一级具备1台“Engine-out”能力),最小工况海平面推力10吨,变推工作时满足助推级垂直下降和软着陆回收要求,发动机具备多次重复使用和故障检测与隔离能力。每台发动机重复使用次数50次,具备±6°摇摆能力,发动机推重比大于120。

发动机运行动画(来源:3D打印技术参考)

该发动机自正式启动研制以来,已完成全部核心部组件地面试验及产品交付,陆续完成了燃气发生器液流试验、燃气发生器挤压热试车、涡轮泵水力试验、针栓喷注器试验、泵燃联试、全尺寸推力室液流试验等部组件地面试验,成功考核了各部组件的工作协调性,获取了核心组件的工作特性,同时验证了发动机启动、关机时序等,这些都为顺利完成发动机全系统地面热试车奠定了坚实基础。

涡轮泵水试件装配完成图(来源:3D打印技术参考)

3D打印解决方案缩短制造周期80%

大推力液体火箭发动机推力室通常采用再生冷却的方式进行燃烧室热防护工作,其制造工艺过程都极其细致和复杂,整个制造过程通常都长达数月之久,生产过程中任何一个小小的失误,都可能导致整个推力室的报废,因此推力室的造价也非常高。

涡轮泵的泵轮与蜗壳在设计之初,分别进行了简单型面的机加方案与复杂型面的3D打印方案设计,后者较前者效率提高约5%。另外,涡轮盘也同样采取了机加成型与3D打印成型两种方案,机加成型需要20~25天,3D打印仅需要3~4天,缩短80%制造周期,降低了生产成本。

星河动力希望能够借助这项技术使产品更轻、数量更少、强度更高、可靠性更好。未来,在“苍穹”液氧/煤油火箭发动机、“边界”轨姿控等复杂系统中,星河动力将更多的采用3D打印技术。

开启共同加速增材制造产业化新征程

一直以来,飞而康科技致力于生产航空航天、医疗器械、海洋船舶等行业用高品质零部件的研发生产和销售,已成为中国商飞、航空工业、航发集团、航天科工、航天科技等大型企业在增材制造领域的合作伙伴,同时也和空客、赛峰、罗罗、GKN、GE等国际领先企业建立广泛的合作。飞而康成立至今已完成近4万件零件加工制造,承担、参与国家各部委、江苏省科技项目10+项,拥有专利20+件,组织、参与制定8项增材制造相关行业标准,制定增材制造相关企业标准20+项,拥有丰富的增材制造技术及经验积累,是国内领先的可大批量生产满足CAAC适航认证的钛合金粉末及3D打印钛合金航空构件的公司。

自2019年合作至今,飞而康逐年持续扩大列装华曙高科400mm尺寸以上中大型金属增材制造设备,产业化加工服务能力持续增强。2022年,伴随着双方的新批量设备订单履约,首批2台新FS621M设备近日到场,双方开启了共同加速增材制造产业化的新征程,飞而康的超大件加工能力将继续提升。基于华曙高科的“开源”平台,飞而康突破了表面粗糙度控制等问题,掌握了工艺开发主动权;华曙高科快速响应的专业服务,为飞而康批产保驾护航……未来3年,飞而康金属增材制造超级工厂计划形成超百台设备产能,成为3D打印全套解决方案的产业化领先企业。