2015年1月6日,据资源库了解:近日,迪拜计算工程公司LEAP 71成功完成了一款3D打印发动机的热试车。此次试验是继2024年6月成功测试了一款计算设计火箭发动机之后的又一里程碑事件。
这款发动机是由LEAP 71自主研发的Noyron大型计算工程模型生成,据该公司称仅用了数周时间便完成设计。制造是由Aconity3D公司负责,利用航空航天铜合金(CuCrZr)材料,采用激光粉末床熔融(LPBF)设备3D打印完成。由Solukon公司完成除粉,Fraunhofer激光技术研究所对其进行热处理。发动机的测试准备过程和技术指导由谢菲尔德大学“Race 2 Space”团队负责。
这款发动机设计颇为独特,舍弃了传统钟形喷管,取而代之的是一个位于环形燃烧室中央的锥体结构。这种设计使其能够在不同大气压力下保持高效,甚至在太空真空环境中也能稳定工作。但也有一个缺点:锥体表面高达3500°C的高温废气带来了巨大的冷却难题,这一技术在过去30年中鲜有团队成功攻克。
LEAP 71的突破在于将其Noyron大型计算工程模型应用于这一问题。 这是一个由航空航天专家编程和训练的人工智能,它可以接受一组给定的输入参数,并通过推断各种因素的物理交互作用(包括热行为和预期性能)来创建符合这些参数的设计。然后将结果反馈到人工智能模型中,以便在模型显示计算性能参数、发动机几何形状、制造工艺参数和其他细节时对其进行微调。
传统火箭发动机需要根据飞行高度调整喷管长度,例如真空喷管通常较长且笨重,这增加了重量并降低了效率。而Aerospike发动机可自动适应不同高度的大气压力,避免了传统设计的这些限制。然而,其冷却系统设计极为复杂,特别是锥体部分,需要精确计算和高效材料来实现热管理。这也是过去许多团队选择其他发动机设计的原因之一。
LEAP 71在此次开发中也利用增材制造技术解决了这一难题。增材制造能够实现复杂几何结构的精准制造,同时通过Noyron模型设计出高效的冷却通道,确保锥体表面温度可控。
LEAP 71的CEO兼联合创始人Josefine Lissner表示:“我们扩展了Noyron模型的物理计算能力,以应对这种发动机的复杂设计。发动机锥体通过深冷液氧冷却,燃烧室外部则由煤油冷却。测试结果让我们非常振奋,因为这款发动机的几乎所有设计都是全新的,之前从未经过实际验证。这次成功进一步证明了我们基于物理驱动的计算AI方法的可行性。”
这款Aerospike发动机已于2024年12月18日,在测试台上首次点火便成功完成热试车,并持续运行11秒,产生推力达5000牛顿(1100 磅力)。测试活动为期四天,包括四款不同发动机的测试。LEAP 71计划通过分析此次测试数据,进一步优化Noyron模型,并在2025年进行更多测试,最终将Aerospike发动机打造为现代航天器的可选项。
此次测试中,铜合金材质的发动机表现优异,深冷液氧的冷却使燃烧室温度稳定保持在140°C左右。LEAP 71表示,通过测试类似设计、推力和材料的发动机,他们得出了大量数据,但真正的突破在于尝试开发像Aerospike这样全新的发动机类型。
未来,LEAP 71计划继续完善Noyron模型,进行更多迭代测试。通过整合增材制造与AI设计,该公司希望将Aerospike发动机从实验室技术转变为实际应用,为现代航天器提供更高效、更灵活的动力解决方案。可以预见,Aerospike发动机将有望成为未来航天任务中的关键技术之一。
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