LEAP 71 火箭发动机计划的进步开发兆牛顿级推进系统

  总部位于迪拜的工程公司 LEAP 71 已进入其火箭发动机计划的新阶段，专注于开发兆牛顿级推进系统。这项工作包括两个关键的发动机设计：一个 200 kN 的气钉和一个 2000 kN 的钟形喷嘴，两者都建立在以前使用较小型号发动机的工作基础上。该公司正在使用计算工程技术和工业规模的 3D 打印来制造为未来太空任务量身定做的复杂推进系统。

  “我们正在制造的 aerospike 和钟形喷嘴发动机并不是独立的工作，它们是相同计算 DNA 的不同表达方式，”LEAP 71 董事总经理 Josefine Lissner 解释道。“这种有凝聚力的方法使我们也可以探索不同的引擎架构，而无需每次都重新发明轮子。这是一个扩展复杂性的系统过程。

  新的推进系统被设计为完全集成的推进解决方案。该公司强调了其在大幅面金属增材制造方面的进步，能够打印尺寸超过 1.5 米的零件。该技术能直接生产全尺寸、高推力发动机部件，同时还能够大大减少零件数量，无需复杂的组件，并简化了精度和后处理要求。

  之前的演示展示了由单个铜片制成的 5 kN aerospike 发动机，展示了这种方法的潜力。目前的设计建立在这一概念之上，结合了 XRB-2E6 的 600 毫米喷油器头及其海平面喷嘴等组件，这些组件需要大约 1.6 米的构建高度。

  尽管取得了进展，但 LEAP 71 的联合发起人 Lin Kayser 强调了将数字模型转化为工作硬件的实际挑战。“最艰巨的挑战仍然是将计算模型转换为真实的、可测试的硬件，”Kayser 说。“特别是在涡轮机械中，密封、材料疲劳和启动和关闭期间的瞬态条件至关重要。这些不单单是设计问题，它们需要实际测试、迭代以及与制造合作伙伴的密切合作。

  该计划遵循结构化的多年路线图，从更简单的配置（如气体发生器循环）开始，以建立坚实的技术基础。XRA-2E5 aerospike 发动机的第一次测试活动将在 18 个月内进行。更先进的 XRB-2E6 钟形喷嘴发动机具有全流量分级燃烧循环，预计将于 2029 年准备就绪。

  “这是一段漫长的旅程，但我们在计算工程和现代制造工具方面取得的进展速度是有希望的，”Lissner 说。“我们始终相信这种方法有可能彻底改变推进系统的设计和生产方式。”

  随着计划的进展，LEAP 71 正在与增材制造合作伙伴密切合作，以验证全尺寸生产流程。该公司还与航空航天客户合作，将其参考设计调整为轨道任务的飞行就绪推进系统。

  2023 年，澳大利亚传热专家 Conflux Technology 与德国航天火箭制造商奥格斯堡火箭工厂 （RFA） 合作，将其 3D 打印换热器嵌入轨道火箭中。作为澳大利亚航天局“从月球到火星”计划的一部分，热交换器组件使用 Conflux Technology 的 Monel K 500 金属合金材料和 EOS M300-4 直接金属激光烧结 （DMLS） 3D 打印机进行 3D 打印。

  在其他地方，Relativity Space 发射了世界上第一枚 3D 打印火箭 Terran 1，这标志着增材制造在航天工业中的作用向前迈出了重要一步。从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射后，该火箭（其中 85% 是 3D 打印的）最终未能进入轨道。然而，Terran 1 的发射被 Relative Space 誉为成功，该公司打算将未来飞行器的 3D 打印质量提高到 95%。

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