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美国工程师开发全开源3D打印液体火箭发动机

发布时间: 2015-03-08 07:06 来源: 天工社 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

也许,最能体现3D打印技术制造能力的要算是其在发动机领域方面的应用了。迄今为止,天工社已经报道了有人使用塑料3D打印小型发动机的仿真模型,甚至有公司使用市场上最先进的金属3D打印机打印出实际的喷气式发动机。事实上,就在一周前,我们就报道了澳大利亚莫纳什大学的研究人员3D打印了两台小型的金属喷气式发动机。

毫无疑问,世界上一些最好的工程师正在致力于改变发动机的制造方式。来自美国新泽西州的GrahamSortino就是这样一位工程师。他一直默默地开发据认为是世界上第一个完全开源的液体燃料火箭发动机,而且最重要的是,它是完全可3D打印的。

Sortino之所以决定使用3D打印来打造他的发动机,是因为这能够使他快速修改设计,以及以比传统制造便宜得多的方式制造出所需的部件。

这里稍微介绍一下,液体燃料火箭发动机主要使用液体燃料和氧化剂,如液氧,存储在两个单独的罐里来推动火箭前进。虽然液体燃料发动机要比依靠固体推进剂的发动机更为复杂,但是它还是有几个独有的优势的。比如,液体发动机只需通过简单地控制燃烧室内推进剂的流动即可实现减速。而且启动和停止这样的发动机也更容易。

Sortino使用一块ArduinoUno电路板来做发动机的控制系统,而发动机部件则可以很容易地用金属材料3D打印出来。这使得别人很容易就能对其开源部件设计进行修改。据天工社了解,目前Sortino的发动机设计已经能够精确地控制燃料的流动以及在发动机内实现再生冷却。

整个装置由三个主要部分组成:点火器、喷油器和主机体,所有这些都是由Shapeways和ExOne公司3D打印的。

“点火器是由Shapeways打印的,然而,喷射器和发动机的打印则是由ExOne公司完成的。”Sortino解释说:“我相信(99%地确定)Shapeways把不锈钢/青铜材料的3D打印分包给了ExOne。我使用ExOne打印某些部分的原因是因为当时他们的价格便宜一点,而且他们在设计过程中也给了我一些帮助。目前,我主要根据要制造的部件的成本、复杂性和周转时间在ExOne和Shapeways之间来回切换。”

已完成的发动机已被设计为以150PSI的压力喷出GOX/乙醇I,并产生50磅推力,虽然目前它还很难产生足够的推力,但毕竟发动机成功地点火了,而且Sortino也从发动机的首次测试中获得了大量经验,这样他可以在未来对设计进行进一步改进。

Sortino主要是由不锈钢和青铜的混合材料来3D打印发动机部件,主要是因为这种混合材料具有足够的硬度和高导热性。另外,所有零件的3D打印成本是相当地的,3D打印点火器花了Sortino60美元、3D打印喷油器80美元,而发动机则是260美元,整个下来总共只需400美元!就搞了一个火箭发动机!

“我的目标是继续改进设计,使它成为一台真正的再生冷却式发动机,并且尽可能地降低3D打印成本和开源整个设计。”Sortino解释说,“我想把整体制造成本降到200美元以下,这将是一个显著的成就,因为目前少于1000美元几乎不可能买到真正的液体火箭发动机。”

最终Sortino希望利用3D打印在复杂设计方面的优势,改进火箭发动机的设计。此外,他也想对外界揭开这种发动机复杂性的神秘面纱,甚至获得一份在像SpaceX这样的公司工作的机会。

“尽管其他人(SpaceX/NASA)最近3D打印出了火箭发动机,但我敢肯定,我是第一个(或唯一的)开源火箭发动机设计的人。”Sortino说:“一个很大的原因是,由于ITAR(指《国际武器贸易条例》)的要求,在线发布火箭发动机的信息会引起很多关注。当初开源的四轴飞行器社区刚开始时也碰到了类似的问题。不过,对于以开源的形式发布这些信息,我确实收到了来自美国国务院的许可(和一些小的警告),这也是我为什么能够这么做的原因。”

有视频有真相,下面是Sortino两次发动机测试的视频:

(责任编辑:单刀)
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