SpaceX成功完成第100次火箭回收,

美国当地时间12月22日,SpaceX进行了今年的第31次发射任务,利用可重复使用货运龙飞船为国际空间站运送补给。升空约8分钟后,助推器返回地球,平稳着陆在大西洋上的SpaceX无人回收船上,这是轨道级火箭的第次成功着陆。

值得一提的是,6年前的12月21日,猎鹰9号火箭实现了人类历史上第一次运载火箭从轨道返回软着陆成功,从此马斯克和SpaceX公司就开了挂,一发不可收拾。

特斯拉CEO、世界首富马斯克作为一个“科技狂人”,一直热衷于火箭的研发和建立星际空间。他所成立的SpaceX公司自年成立以来一直在进行实验,并取得了太空旅行的里程碑成就。

迄今为止猎鹰9号已发射次(含3次猎鹰重型),只有一次失败,成功率超过99%,远超其它任何现役火箭。这是历史上发射次数超过次的火箭中绝无仅有的纪录,或许此前还从没人想过,火箭居然能达到这么高的成功率。

从某种意义上说,猎鹰9号的发射真的已快要像民航客机一样,把航天飞行变成常规航行了,以后平民百姓都可以上太空,太空商业化不知不觉就要来了,科幻也即将变成现实。

3D打印在火箭发射中的应用

在SpaceX的星际探索中,3D打印技术起到了神助攻的作用。

#1

据外媒报道,SpaceX公司已经完成了3D打印SuperDraco火箭发动机的开发测试。该发动机是Dragon发射中止系统(LAS)的重要装置,能够在Dragon火箭发射失败时帮助宇航员安全逃生。

#2

年,SpaceX成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机推力室,使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比,使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期并降低制造成本,而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。

SuperDraco火箭发动机是一种非常复杂的发动机,其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造,通过3D打印高强度的先进合金则很容易实现。

#3

年1月,SpaceX在加州范登堡空军基地成功发射了一枚猎鹰9号火箭,猎鹰9号火箭上含有大量的3D打印零件,包括关键的氧化剂阀体,3D打印的阀体成功操作了高压液态氧在高震动情况下的正常运行。

与传统铸造件相比,3D打印阀体具有优异的强度、延展性和抗断裂性。3D打印阀体周期更短,能在两天内完成。经过后加工处理的3D打印阀体经过严格的发动机点火系列、部件级资格测试和材料测试才被纳入猎鹰9号火箭的标准零件。

3D打印在航空航天的优势

在航空航天领域,3D打印正在进入产业化生产。通过3D打印(粉末床熔融技术)一体化高度复杂零件以及通过3D打印(定向能量沉积技术)替代锻造,成为航空企业又一轮的技术竞赛。

零件性能更好

仿生结构带来了材料使用率和力学性能的良好结合,这正是增材制造的价值所在,也是3D打印技术会走进航空制造业的重要原因。

“仿生”机舱隔离结构的亮点在于其仿生学设计,设计灵感来源于细胞结构,这种结构特别适合应用于有着高强度、低质量要求的航空零件。整个隔离结构是模块化的设计,3D打印部件像“拼图”一样连接在一起。这样的设计不仅最大限度地减少材料的使用,而且具有高韧性的特点,其中一个或多个节点断裂的时候,并不影响整个网络的稳固性。

3D打印的仿生隔离结构比原来的结构轻了大约25kg,这一看似微不足道的数字,如果从每架飞机的整个服役周期来计算的话,将累计减少的二氧化碳排放量将高达9.6万吨。

轻量化

飞机上的小零件每减轻一点质量就会使飞机节省大量的燃油消耗。以一架起飞重量达65吨的波音飞机为例,如果机身减轻一磅(45g)的质量,每年将节省数十万美元燃油成本。实现飞机减重的常见方式是使用质量更轻、性能更强的先进材料来替代现有材料。

GE公司就曾通过拓扑优化设计和金属3D打印技术设计了一个轻量化的钛合金飞机发动机支架。通过对3D打印的零部件进行力学测试,在实现零件减重70%的前提下,3D打印的钛合金支架满足GE的零件负载要求。

解决传统工艺无法加工的难题

在传统铸造工艺中,大尺寸和薄壁结构铸件的制造一直存在难以突破的技术壁垒。由于冷却速度不同,在铸造薄壁结构金属零件时,会出现难以完成铸造或者铸造后应力过大、零件变形的情况。

使用选区激光熔融3D打印技术进行制造,通过激光光斑对金属粉末逐点熔化,在局部结构得到良好控制的情况下能保证零件整体性能。

零件修复

激光熔覆技术对飞机的修复产生了直接的影响。涡轮发动机叶片、叶轮和转动空气密封垫等零部件可以通过表面激光熔覆强化得到修复。

除了激光熔覆技术,冷喷增材制造技术正在引起再制造领域的注意。其中,GE就通过向飞机发动机叶片表面以超音速的速度从喷嘴中喷射微小的金属颗粒,为叶片受损部位添加新材料而不改变其性能。除了不需要焊接或机加就能制造全新零件,冷喷技术令人兴奋之处在于它能够将修复材料与零件融为一体,恢复零件原有的功能和属性。

据业内人士分析,3D打印已经成为提高航天器设计和制造能力的一项关键技术,随着3D打印前沿技术的规模化应用,传统航空航天设备的制造工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合都将面临深度调整。未来,3D打印在航空航天领域的应用前景令人期待。




转载请注明:http://www.aierlanlan.com/rzdk/5127.html