2020年5月26日，歐洲航天局（ESA）在德國航空中心（DLR）對一個(ge) 完全增材製造的火箭推力室進行了熱試車。第一次測試持續了30秒，預計在本周內(nei) 進行其他測試。ESA將對測試數據進行收集與(yu) 分析。

測試中的3D打印推力室。來源：ESA

集成冷卻流道

根據ESA, 進行測試的3D打印推力室僅(jin) 有三個(ge) 零件，可為(wei) 未來火箭的上層提供動力。增材製造推力室零件數量由數百個(ge) 減少的三個(ge) ，縮短了生產(chan) 時間，降低了成本，顯著提高液體(ti) 推進發動機在歐洲運載火箭中的競爭(zheng) 力。

進行測試的全尺寸推力室具有3D打印銅合金襯裏，該襯裏具有集成的冷卻通道，其外層為(wei) 冷氣噴塗建立的高強度外套。3D打印推力室的歧管和整體(ti) 式噴油也是增材製造的。

這些3D打印零件的生產(chan) 和測試工作已在ESA的“未來發射器”準備計劃中進行。

ESA 表示，這次測試的全尺寸3D打印推力室是基於(yu) 2019年通過ETID（Expander-cycle Technology Integrated Demonstrator-ETID為(wei) 擴展循環技術集成演示器）熱試車中驗證的技術與(yu) 方式。

ESA 總共測試過ETID的四種配置，ETID 具有三種新燃燒室幾何形狀和設計。還測試了兩(liang) 個(ge) 不同的噴油器頭，包括全3D打印的噴頭，以及一個(ge) 可再生噴嘴，該噴嘴通過最大程度地吸收熱量來優(you) 化發動機循環。燃燒室和噴嘴都利用燃燒熱來預熱，因此在燃燒之前“膨脹”氫推進劑。冷氫的流動還具有冷卻硬件的作用，在運行期間將溫度保持在合理的範圍內(nei) 。

ESA 總共對ETID進行了23次測試，總運行時間為(wei) 2707s。在測試期間，達到了49個(ge) 不同的工作點，包括測試“極端”狀態下的行為(wei) ，例如增加係統中冷氫的流量，並因此在運行期間對硬件進行“過冷”冷卻。測試顯示了ETID設計的多功能性，並可在較寬的混合比和腔室壓力範圍內(nei) 運行。多個(ge) 工作點也將有助於(yu) 校準，用於(yu) 設計後續發動機並預測其性能的數值模型。

3D科學穀Review

今年5月以來，我們(men) 接連看到了航天3D打印應用所取得的矚目成績。

5月5日18時，“胖五”家族新成員長征五號B火箭搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，從(cong) 海南文昌航天發射場點火升空，正式拉開了我國載人航天工程“第三步”任務的序幕。新一代載人飛船試驗船不僅(jin) 完成了首次3D打印太空實驗，還搭載了世界首個(ge) 基於(yu) 金屬3D打印技術的立方星部署器。同期，中國航天科技集團有限公司一院211廠研製的全3D打印芯級捆綁支座順利通過飛行考核驗證。

北京時間 5 月 31 日，SpaceX最新的載人龍飛船在美國肯尼迪航天中心 39A 發射台成功發射。運載火箭獵鷹9號和載人龍飛船以及兩(liang) 名宇航員頭盔的製造中，3D打印都發揮了重要作用。

3D打印已成為(wei) 航天製造領域的一項核心技術，對此已無需多言。尤其是在火箭發動機製造領域，3D打印已成為(wei) 航天製造機構搶灘下一代經濟性、可重複利用火箭發動機的重要“籌碼”。在ESA 近日試車中涉及到的3D打印推力室，是火箭發動機增材製造的一條關(guan) 鍵競爭(zheng) 賽道。

l “百家爭(zheng) 鳴”之勢

銅合金推力室部件

Aerojet Rocketdyne 使用粉末床選區激光熔化3D打印技術製造的銅合金推力室部件，在2017年通過了美國Defense Production Act Title III項目管理辦公室進行的點火測試。通過測試的3D打印銅合金推力室部件是全尺寸的，這款推力室將替代目前的RL10C-1發動機的推力室部件。3D打印的銅合金推力室部件由兩(liang) 個(ge) 銅合金零件構成。相比傳(chuan) 統的製造工藝，選區激光熔化3D打印技術為(wei) 推力室的設計帶來了更高的自由度，使設計師可以嚐試具有更高熱傳(chuan) 導能力的先進結構，如集成內(nei) 部冷通道。而增強的熱傳(chuan) 導能力使得火箭發動機的設計更加緊湊和輕量化，這正是火箭發射技術所需要的。

美國航天局（NASA）在2015年取得了銅合金部件3D打印方麵獲得進展，製造技術也是選區激光熔化3D打印，打印材料為(wei) GRCo-84銅合金。NASA用這項技術製造的3D打印零件為(wei) 火箭燃燒室襯裏，該部件總共被分為(wei) 8,255層，進行逐層打印，打印時間為(wei) 10天零18個(ge) 小時。2019年，NASA 又公布了一種新型銅合金3D打印材料GRCop-42，這是一種高強度，高導電率的銅基合金材料，可用於(yu) 生產(chan) 近乎完全密集的3D打印部件，如火箭燃燒室內(nei) 襯和燃料噴射器麵板。

鎳基高溫合金一體(ti) 化推力室

材料：IN718 鎳鉻合金；設備：SLM280。來源：SLM Solutions

CellCore公司與(yu) SLM Solutions密切合作，使用鎳基高溫合金與(yu) 選區激光熔化技術，成功實現了多功能推力室的一體(ti) 化成型。在3D打印推力室中，冷卻管道是設計中的一部分，並在同一生產(chan) 過程中與(yu) 整個(ge) 腔體(ti) 一起成型。一體(ti) 化的火箭發動機，結合噴射器和推力室，將眾(zhong) 多的單個(ge) 部件簡化為(wei) 一個(ge) ，隻有通過激光選區熔化工藝才能實現多功能集成的輕量化結構。CellCore公司所開發的內(nei) 部結構遍布整個(ge) 火箭發動機，不僅(jin) 適用於(yu) 傳(chuan) 熱，而且提高了構件的結構穩定性。

集成百餘(yu) 條冷卻流道

2019年，中國的深藍航天液氧煤油發動機再次進行了推力室長程試車，取得圓滿成功。在推力性能方麵，深藍航天對主要功能部件進行優(you) 化設計，大量采用3D打印工藝，實現了國內(nei) 液氧煤油火箭發動機推力室效率從(cong) 95%到99%的技術跨越，達到了國際先進水平。