NASA与Elementum 3D合作，开发了一种3D打印的火箭发动机喷嘴，使用了一种新的铝变体。这一创新是RAMFIRE项目的一部分，其结果是更轻的火箭组件，以满足未来深空任务日益增长的货物需求。这些喷嘴经过了严格的测试，证明了它们在深空条件下的适用性。这项技术还有望在卫星和其他航空航天部件上得到应用。来源:美国国家航空航天局
美国国家航空航天局的新型3d打印火箭喷嘴，由一种独特的铝制变体制成，承诺更轻的成分用于深空任务。在测试成功后，该技术具有更广泛的航空航天应用潜力。
美国宇航局最近建造并测试了一种铝制的增材制造或3D打印火箭发动机喷嘴，使其比传统喷嘴更轻，并为能够携带更多有效载荷的深空飞行奠定了基础。
根据该机构的合作机会公告，来自阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的工程师与科罗拉多州伊利的Elementum 3D公司合作，创造了一种可焊接的铝，这种铝的耐热性足以用于火箭发动机。与其他金属相比，铝的密度较低，可以制造高强度、轻质的部件。
RAMFIRE喷嘴在马歇尔的东部试验区使用液氧和液氢(橙色/清羽)以及液氧和液态甲烷(蓝色羽)燃料配置完成了热火测试。当燃烧气体接近6000华氏度时，发动机喷管外部就会形成冰柱。图片来源:美国宇航局马歇尔太空飞行中心
然而，由于铝对极端高温的耐受性较低，并且在焊接过程中容易开裂，铝通常不用于火箭发动机部件的增材制造——直到现在。
了解美国宇航局在第四次工业革命反应性增材制造(RAMFIRE)项目下的最新进展。RAMFIRE由美国宇航局空间技术任务理事会(STMD)资助，专注于推进轻型增材制造铝火箭喷嘴。喷嘴设计有小的内部通道，以保持喷嘴足够凉爽，以防止熔化。
在南达科他州拉皮德城的RPM创新(RPMI)工厂，一种带有集成通道的大型喷油示范喷嘴正在生产中。激光粉末定向能沉积(LP-DED)工艺利用激光形成熔池，并将粉末吹入熔池中逐层沉积材料。NASA的工程师们将用这个喷嘴作为概念验证，为未来的组件设计提供信息。来源:RPM Innovation
使用传统的制造方法，一个喷嘴可能需要多达一千个单独连接的部件。RAMFIRE喷嘴是作为单个部件制造的，需要更少的粘合，大大缩短了制造时间。
NASA和Elementum 3D首先开发了新型铝变体A6061-RAM2，用于构建喷嘴并修改使用激光粉末定向能沉积(LP-DED)技术的粉末。南达科他州拉皮特城的另一家商业合作伙伴RPM Innovations (RPMI)使用新发明的铝和专用粉末，采用LP-DED工艺制造RAMFIRE喷嘴。
“与专业制造供应商的行业合作伙伴关系有助于推进供应基础，并有助于使增材制造更容易用于NASA任务以及更广泛的商业和航空航天工业，”NASA马歇尔RAMFIRE首席研究员Paul Gradl说。
美国宇航局的月球到火星目标需要向深空目的地运送更多货物的能力。这种新型合金可以在这方面发挥重要作用，使制造能够承受高结构载荷的轻型火箭部件成为可能。
在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心，用RAMFIRE项目中使用的6061-RAM2铝制材料开发的是一个真空夹套制造演示罐。该组件用于低温流体应用，设计有一系列整体冷却通道，其壁厚约为0.06英寸。来源:美国国家航空航天局
“质量对NASA未来的深空任务至关重要，”STMD先进制造首席技术专家约翰·维克斯(John Vickers)说。“像这样成熟的增材制造项目以及先进的材料，将有助于发展新的推进系统、太空制造和基础设施，这些都是美国宇航局雄心勃勃的月球、火星等任务所需要的。”
今年夏天早些时候，在马歇尔的东部试验区，两个RAMFIRE喷嘴使用液氧和液氢，以及液氧和液态甲烷燃料配置完成了多次高温测试。压力室超过825磅/平方英寸(psi)，超过了预期的测试压力，喷嘴成功累积了22次启动和579秒，或近10分钟的运行时间。这一事件证明了喷管可以在最苛刻的深空环境中工作。
来自阿拉巴马州亨茨维尔马歇尔太空飞行中心的NASA工程师Tessa Fedotowsky和Ben Williams在成功的热火测试后检查RAMFIRE喷嘴。来源:美国国家航空航天局
Gradl说:“这个测试系列标志着喷嘴的一个重要里程碑。“在对喷管进行了一系列严苛的高温测试后，我们证明了喷管可以承受月球着陆器规模发动机的热、结构和压力载荷。”
除了成功建造和测试火箭发动机喷嘴外，RAMFIRE项目还使用RAMFIRE铝材料和增材制造工艺建造了其他用于演示目的的先进大型部件。这些包括一个36英寸直径的喷气喷嘴与复杂的整体冷却剂通道和低温流体应用的真空夹套罐。
NASA和行业合作伙伴正在努力与商业利益相关者和学术界分享数据和过程。多家航空航天公司正在评估这种新型合金和LP-DED增材制造工艺，并寻找将其用于制造卫星和其他应用部件的方法。
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希望本篇文章《美国宇航局的RAMFIRE： 3d打印火箭喷嘴是深空任务的巨大飞跃》能对你有所帮助！
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