液体火箭发动机增材制造技术研究进展

针对增材制造技术在国内外液体火箭发动机领域的应用成果和研究现状,分别综述了增材制造在发动机的制造技术和流程、制造工艺标准以及在发动机推力室、涡轮泵、阀门、总装及其他组件和整机中的应用研究,并展望了增材制造技术在液体发动机中的发展方向,指出在液体发动机领域,增材制造应该在应用广度和深度、结合增材制造特点的发动机结构设计方法、制造技术和工艺标准、新材料和材料性能数据库的构建等方面进行更加全面系统的研究,以应对未来航天领域的重大挑战。

增材制造技术在液体火箭发动机应用述评

美国普惠洛克达因公司、NASA、太空探索技术公司(Space X)、蓝色起源公司、Rocket Lab公司、空客防务与航天公司及西安航天发动机有限公司等国内外航天企业和科研机构将增材制造技术广泛应用于液体火箭发动机,对其产品、成形工艺、技术路线及发展趋势做了较详尽的介绍。分析了国外增材制造液体火箭发动机关键零部件工程应用和发展思路对我国的启示,并提出了展望。

异形毛细结构喷注器激光选区熔化成形技术分析

异形毛细喷注器是姿控发动机的核心组件,此类构件对流道内表面质量要求极高。为了实现激光选区熔化成形技术推广应用于上述产品以达到型号产品快速研制的目的,以异形毛细微孔流道表面质量为研究对象,利用激光超景深显微镜研究了不同成形角度下小孔表面形貌特征、表面粗糙度的变化规律,确定了异形毛细结构的成形角度在75°~90°范围内,成形构件上、下表皮表面质量均良好。基于异形毛细结构表面光整技术研究,实现了异形毛细结构的均匀光整,尺寸精度达±0.05 mm,表面粗糙度小于6.3μm,通过液流试验验证了激光选区熔化成形某喷注器液流性能,实现了异形毛细结构姿控喷注器的高性能一体化成形。

激光选区熔化菱形正十二面体点阵材料的承载与失效特性

为了探索液体火箭发动机轻量化方法,充分发挥增材制造技术优势,基于激光选区熔化成形技术制备了不同微桁架直径的周期性菱形十二面体多孔点阵材料,借助扫描电镜观察并测量了其微桁架结构,对相对致密度、压缩特性进行了表征,建立了相对致密度的预测模型,得到了相对弹性模量、相对抗压强度与相对致密度的函数关系,结合应力-应变曲线、压缩过程影像和断口金相,分析了点阵材料压缩过程中的失效行为和机理。研究成果应用于某型动力装置总装支板、某型发动机新型换热器的轻量化设计,经受了拉伸和压缩载荷下的液/气压试验。

“C口”管通结构产品激光选区熔化成形仿真研究

本文针对液体火箭发动机“C口”管通结构产品SLM成形过程中变形大的问题,采用Simufact Additive仿真软件对进气导管成形工艺进行了仿真分析。仿真结果显示,在“C口”弯管端口添加约束支撑,可防止弯管在成形过程中发生变形,但支撑去除后,在内应力作用下弯管部位会出现较大变形。成形结束后,低温退火处理(500℃)不能完全消除产品内应力,产品支撑去除后仍会发生较大变形;高温退火(1100℃)可消除成形应力,支撑去除后产品基本无变形。按仿真结果获得优化方案进行产品成形,产品尺寸公差满足CT6要求,模拟仿真对“C口”管通产品的高质量成形具有实际指导意义。