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美國工程師開發全開源3D打印液體火箭發動機
來源:轉載 點擊數:1908次 更新時間:2015-03-08 7:42:12

 

也許,最能體現3D打印技術制造能力的要算是其在發動機領域方面的應用了。迄今為止,天工社已經報道了有人使用塑料3D打印小型發動機的仿真模型,甚至有公司使用市場上最先進的金屬3D打印機打印出實際的噴氣式發動機。事實上,就在一周前,我們就報道了澳大利亞莫納什大學的研究人員3D打印了兩臺小型的金屬噴氣式發動機。

毫無疑問,世界上一些最好的工程師正在致力于改變發動機的制造方式。來自美國新澤西州的GrahamSortino就是這樣一位工程師。他一直默默地開發據認為是世界上第一個完全開源的液體燃料火箭發動機,而且最重要的是,它是完全可3D打印的。

Sortino之所以決定使用3D打印來打造他的發動機,是因為這能夠使他快速修改設計,以及以比傳統制造便宜得多的方式制造出所需的部件。

這里稍微介紹一下,液體燃料火箭發動機主要使用液體燃料和氧化劑,如液氧,存儲在兩個單獨的罐里來推動火箭前進。雖然液體燃料發動機要比依靠固體推進劑的發動機更為復雜,但是它還是有幾個獨有的優勢的。比如,液體發動機只需通過簡單地控制燃燒室內推進劑的流動即可實現減速。而且啟動和停止這樣的發動機也更容易。

Sortino使用一塊ArduinoUno電路板來做發動機的控制系統,而發動機部件則可以很容易地用金屬材料3D打印出來。這使得別人很容易就能對其開源部件設計進行修改。據天工社了解,目前Sortino的發動機設計已經能夠精確地控制燃料的流動以及在發動機內實現再生冷卻。

整個裝置由三個主要部分組成:點火器、噴油器和主機體,所有這些都是由Shapeways和ExOne公司3D打印的。

 

“點火器是由Shapeways打印的,然而,噴射器和發動機的打印則是由ExOne公司完成的。”Sortino解釋說:“我相信(99%地確定)Shapeways把不銹鋼/青銅材料的3D打印分包給了ExOne。我使用ExOne打印某些部分的原因是因為當時他們的價格便宜一點,而且他們在設計過程中也給了我一些幫助。目前,我主要根據要制造的部件的成本、復雜性和周轉時間在ExOne和Shapeways之間來回切換。”

已完成的發動機已被設計為以150PSI的壓力噴出GOX/乙醇I,并產生50磅推力,雖然目前它還很難產生足夠的推力,但畢竟發動機成功地點火了,而且Sortino也從發動機的首次測試中獲得了大量經驗,這樣他可以在未來對設計進行進一步改進。

 

Sortino主要是由不銹鋼和青銅的混合材料來3D打印發動機部件,主要是因為這種混合材料具有足夠的硬度和高導熱性。另外,所有零件的3D打印成本是相當地的,3D打印點火器花了Sortino60美元、3D打印噴油器80美元,而發動機則是260美元,整個下來總共只需400美元!就搞了一個火箭發動機!

“我的目標是繼續改進設計,使它成為一臺真正的再生冷卻式發動機,并且盡可能地降低3D打印成本和開源整個設計。”Sortino解釋說,“我想把整體制造成本降到200美元以下,這將是一個顯著的成就,因為目前少于1000美元幾乎不可能買到真正的液體火箭發動機。”

最終Sortino希望利用3D打印在復雜設計方面的優勢,改進火箭發動機的設計。此外,他也想對外界揭開這種發動機復雜性的神秘面紗,甚至獲得一份在像SpaceX這樣的公司工作的機會。

“盡管其他人(SpaceX/NASA)最近3D打印出了火箭發動機,但我敢肯定,我是第一個(或唯一的)開源火箭發動機設計的人。”Sortino說:“一個很大的原因是,由于ITAR(指《國際武器貿易條例》)的要求,在線發布火箭發動機的信息會引起很多關注。當初開源的四軸飛行器社區剛開始時也碰到了類似的問題。不過,對于以開源的形式發布這些信息,我確實收到了來自美國國務院的許可(和一些小的警告),這也是我為什么能夠這么做的原因。”

 

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