金屬3D打印發(fā)動機再立功，深藍航天星云-M火箭1公里級垂直回收飛行試驗成功
魔猴君 行業(yè)資訊 904天前
導讀：時隔6個月，國內的民營航天公司深藍航天再一次取得了突破，完成了試驗火箭1公里級垂直起飛及降落（VTVL）飛行試驗，金屬3D打印的發(fā)動機再次立功，南極熊對于深藍航天本次試驗的成功表示祝賀，并對深藍航天相關負責人進行了專訪。
△深藍航天星云-M火箭1公里級垂直回收飛行試驗成功視頻
2022年5月7日，昨天深藍航天自主研發(fā)的“星云-M”1號試驗箭完成了1公里級垂直起飛及降落（VTVL）飛行試驗，火箭在爬升和下落的過程中同時進行了橫向移動，最后降落至著陸場“靶心”位置不足0.5米的點位，“星云-M”試驗箭成功回收。
△“星云-M”公里級VTVL垂直回收飛行試驗
此次執(zhí)行公里級試驗所使用的箭體依然是“星云-M”1號試驗箭，已經(jīng)執(zhí)行3次飛行任務、7次地面靜態(tài)點火，真正做到了液體運載火箭的可回收復用；其所配備的“雷霆-5”發(fā)動機，是國內首型使用3D打印技術實現(xiàn)整機制造的針栓式液氧煤油發(fā)動機。此次飛行任務的完成宣告了深藍航天在中國可回收復用火箭歷史上又攀登上了新的高度，離成功實現(xiàn)入軌及回收又邁進了堅實一步。
2021年7月-10月，“星云-M”試驗箭先后完成了十米級、百米級VTVL垂直回收飛行試驗，實現(xiàn)了國內液氧煤油火箭兩次零的突破。2022年5月，還是同一發(fā)火箭，又一次刷新了新的試驗高度。深藍航天成為目前全球除美國以外研發(fā)回收復用火箭速度最快的中國商業(yè)航天公司。
本次公里級VTVL垂直回收飛行試驗，標志著深藍航天僅用10個月3次發(fā)射試驗就達到2012-2013年SpaceX用一年多的時間8次的發(fā)射試驗達到的同等級試驗成果。深藍航天成為了全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收復用全部低空工程試驗的公司（第一家為美國的SpaceX)。
深藍航天負責人告訴南極熊：“本次公里級飛行試驗采用的雷霆-5型液體火箭發(fā)動機真空推力最大為50kN，發(fā)動機能夠實現(xiàn)50%-110%推力區(qū)間調節(jié)。全機85%重量的零件都由3D打印技術制作。通過利用先進的打印設備最大限度發(fā)揮鎳基高溫合金粉末材料的高強度、延展性、抗斷裂性和低可變性等優(yōu)質特性，成功突破傳統(tǒng)火箭發(fā)動機制造模式的低生產效率、復雜工藝路線、周期長的瓶頸。”
△雷霆-5液氧煤油發(fā)動機
“采用傳統(tǒng)工藝制造的液體火箭發(fā)動機渦輪泵用離心輪、渦輪盤等復雜結構產品，涉及五軸機加工、焊接、電火花等多種工藝，存在生產流程長、加工效率低等問題。3D打印技術本身具有對產品結構復雜性不敏感的特性，深藍航天采用3D打印制造渦輪泵離心輪、渦輪盤等產品實現(xiàn)了尺寸和性能一致性好，整體生產效率高，綜合總成本低的優(yōu)勢?！?/span>
“在產品的集成化制造方面，3D打印同樣為深藍航天提高了產品質量和制造效率。點火器在傳統(tǒng)制造方案中由多個機加工零件裝配焊接而成，對產品組件的裝配質量、焊接質量要求極高，工藝過程復雜。采用3D打印技術制備的點火器僅有一個零件，僅需要數(shù)控加工連接接口即可交付裝配；且一次可打印多個零件，打印周期僅需一周左右，縮短了產品交付周期，規(guī)避了很多質量風險?！?/span>
△深藍航天3D打印的發(fā)動機零件
深藍航天負責人表示，作為3D打印技術的使用者和受益者，深刻體會到這項技術所帶來的優(yōu)勢：
●突破傳統(tǒng)設計思維與制造的局限性，為設計人員提供更大的設計自由度；
●優(yōu)化零件流道流動性能，為燃料和冷卻劑通過多腔道/多流道分配提供新的可能性；
●降低零件裝配錯誤風險，提高產品的質量穩(wěn)定性、一致性；
●減少加工步驟，省略中間環(huán)節(jié)，提高生產效率；
●縮短產品研制周期，使產品研制總成本更具競爭力。
目前，深藍航天3D打印大量應用的粉末材料牌號已經(jīng)覆蓋了GH4169、TC4、316L，還有少量的AlSi10Mg鋁合金粉末。而所使用的金屬3D打印設備，最大打印尺寸達到米級。未來隨著產品的發(fā)展，可能會有更多元的需求。
同時，深藍航天負責人表示在應用3D打印技術方面也遇到了一些需要解決的問題：“比如還希望在特征結構打印、工藝支撐方案設計、粉末和產品性能測試數(shù)據(jù)等方面充分進行技術交流，實現(xiàn)知識共享和技術突破，共同推進3D打印技術在航天領域的應用與發(fā)展。同時，深藍航天研發(fā)團隊將攻關銅材3D打印技術瓶頸，進一步提高3D打印產品的質量和性能。”
△3D打印的金屬零件
此次，深藍航天“星云-M”火箭公里級VTVL垂直回收飛行試驗的成功，也宣告了低空回收階段畫上了圓滿的句號，“星云-M”1號試驗火箭圓滿完成了其歷史使命。
下一階段，深藍航天將采用與入軌火箭完全相同的全尺寸試驗火箭，繼續(xù)進行高空回收試驗階段（類似于SpaceX第二階段采用全尺寸樣機“獵鷹9號R”進行的回收測試），向著10km、100km的高度快速突破邁進，最終實現(xiàn)入軌火箭一子級的可控回收和重復使用。
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