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3D打印的喷射器系统助力空天飞机进入太空

时间:2015-07-15  作者:模具联盟网  点击:127  评论:  字体:T|T

如今一旦说起商业化的太空旅行,很多人会联想到传奇企业家伊隆·马斯克的SpaceX公司。其实从1989年起英国Reaction Engines公司就一直致力于开发技术,以打造一款名为SABRE的吸气式火箭发动机。这种吸气式火箭发动机可以使航天器达到五倍的声速,而容易让它们无需脱离火箭即可突破轨道。而与SpaceX公司一样,Reaction Engines公司正在借助先进的金属3D打印技术制造他们的实验火箭。

这种SABRE发动机是Reaction Engines公司同时在开发的“单级入轨云霄塔(Skylon)空天飞机的关键,根据设计,云霄塔空天飞机将可以从传统的机场跑道自行发射进入地球轨道。而云霄塔的SABRE发动机通过从大气中吸入氧气将飞机的速度推升至5.4马赫(超过6000公里/小时),然后切换至氢燃料并使用内置的液氧。为了能够使发动机能够在极端的大气条件下工作,它需要能够在不到百分之一秒的时间里将吸入发动机的空气流从超过1000℃降低到零下150℃。如今它做到了这一点,而且只增加了一点额外的重量。

云霄塔空天飞机效果图

那么,它是怎么做到的呢?SABRE发动机需要一个能够将精确混合的水和甲醇混合物通过特定点喷射到空气通路上的推进剂喷射器系统。这会迫使水蒸发并将快速冷却空气。但是以前的制造技术根本无法制造出一个满足设计要求的既小又轻,而且具有特定几何形状的喷射器系统。为了使空天飞机获得足以突破轨道的速度,发动机及其它零部件的重量需要尽可能地减轻。如今由于金属3D打印技术的进步,使得制造团队可以打造出具有复杂几何形状的固体金属零件,足以制造出能够正确喷射甲醇/氧混合冷却液的喷射器。

3D打印的冷却液喷射系统

Reaction Engines目前正在测试,并成功点火了SABRE的一个缩小版的发动机STOIC。今年春天在初期试验阶段,他们就已经成功地点火了15次。据天工社了解,这个用于测试的发动机上集成了3D打印的喷射器喷嘴原型。目前开发团队正把通过这些成功测试收集到的数据用于验证其内部的计算模型,并进一步改进了其先进的喷嘴设计。Reaction Engines是在 Airborne Engineering公司的帮助下对其STOIC引擎进行测试的。 Airborne Engineering是前英国皇家空军(RAFWestcott站。 RAF Westcott以及后来的RPE Westcott 主要任务就是负责测试和开发推进系统和火箭发动机。

SABRE发动机设计

这里是他们的试验发动机点火成功一个简短的视频:

“这款实验发动机(指STOIC)是我们通向最终目标的关键一步。我们使用它来测试未来SABRE发动起在使用时其先进的喷嘴所能表现出来的空气动力学和性能。尽管比SABRE小得多,这款发动机仍是最近三十多年里在Westcott测试的最大的双推进剂发动机,看到Westcott正在复苏为英国的火箭推进器研究和开发中心是令人振奋的。在接下来的几个月里,我们将会让发动机运转更长时间,以探索SABRE在飞行中吸气模式和火箭模式之间的转换——这是帮助云霄塔空天飞机进入太空的一个重要和具有挑战性的部分。”Reaction Engines公司先进喷嘴计划项目负责人Helen Webber.博士称。。

STOIC测试发动机


(编辑:梁嘉琪  来源:天工社)

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