Форум переехал. Регистрация пользователям прежнего форума не требуется, достаточно ВОССТАНОВИТЬ ПАРОЛЬ ПРИ ВХОДЕ. Короче, жмите сюда и вводите свой почтовый адрес. Не получается восстановить пароль - пишите на noreply (собака) novosti-kosmonavtiki.ru

Ракетный двигатель - на 3D-принтере.

Автор fon Butterfly, 12.10.2012 13:37:01

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

fon Butterfly

Ракетный двигатель, напечатанный на 3D-принтере[/size]

Технологии трехмерной печати неуклонно развиваются и находят все более разнообразные применения. Если изначально 3D-принтеры годились только для создания макетов и прототипов, то сейчас вполне можно печатать сразу функциональные детали.

Вот свежий пример серьёзных возможностей 3D-печати: товарищ с ником RocketMoonlighter продемонстрировал жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), напечатанный на 3D-принтере.

 В любительском ракетостроении применяются, в основном, твердотопливные ракетные двигатели. Главная причина этого -- простота конструкции. В то же время, жидкостные двигатели, позволяющие добиться лучших характеристик, недоступны простому любителю, так как устроены гораздо сложнее и требуют специального оборудования для изготовления.

 3D-принтеры как раз отлично подходит для производства деталей нестандартной формы, со сложной внутренней структурой. Но найдется ли материал, пригодный для 3D-печати, способный выдержать температуру и давление внутри ракетного двигателя? Существует технология прямого лазерного спекания (Direct metal laser sintering), позволяющая печатать непосредственно из металлического порошка, причем готовая модель почти не отличается по прочности от цельного куска металла.

 Сердце двигателя -- камера сгорания -- напечатана методом прямого лазерного спекания из нержавеющей стали. Естественно, в домашних условиях такое пока нереально, поэтому был сделан заказ одной из фирм, занимающихся промышленной 3D-печатью. Стоимость заказа составила несколько тысяч долларов.

Технические характеристики

Горючее -- пропан, окислитель -- оксид азота (I) N2O.
Расчётная тяга -- 5 кгс.
Давление в камере сгорания -- 8,5 атм.
Зажигание -- автомобильная свеча.
Охлаждение -- регенеративное, охлаждающий агент -- окислитель.





Видео:
http://youtu.be/1uZHUkeIkpk
http://youtu.be/zG_REB-7gwE
http://youtu.be/W_idSgO0jlQ

Видео процесса спекания:
http://youtu.be/PQzAKKpg0uY
- Ключ на старт!.. Зажигание!.. Что?!.. А мне по фигу, что оно у вас позднее!..

Uriy

ЦитатаРакетный двигатель, напечатанный на 3D-принтере[/size]

Технологии трехмерной печати неуклонно развиваются и находят все более разнообразные применения. Если изначально 3D-принтеры годились только для создания макетов и прототипов, то сейчас вполне можно печатать сразу функциональные детали.

Вот свежий пример серьёзных возможностей 3D-печати: товарищ с ником RocketMoonlighter продемонстрировал жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), напечатанный на 3D-принтере.

 В любительском ракетостроении применяются, в основном,

твердотопливные ракетные двигатели. Главная причина этого -- простота конструкции. В то же время, жидкостные двигатели,

позволяющие добиться лучших характеристик, недоступны простому

любителю, так как устроены гораздо сложнее и требуют специального оборудования для изготовления.

 3D-принтеры как раз отлично подходит для производства деталей нестандартной формы, со сложной внутренней структурой. Но найдется ли материал, пригодный для 3D-печати, способный выдержать температуру и давление внутри ракетного двигателя? Существует технология прямого лазерного спекания (Direct metal laser sintering), позволяющая печатать непосредственно из металлического порошка, причем готовая модель почти не отличается по прочности от цельного куска металла.

 Сердце двигателя -- камера сгорания -- напечатана методом прямого лазерного спекания из нержавеющей стали. Естественно, в домашних условиях такое пока нереально, поэтому был сделан заказ одной из фирм, занимающихся промышленной 3D-печатью. Стоимость заказа составила несколько тысяч долларов.

Технические характеристики

Горючее -- пропан, окислитель -- оксид азота (I) N2O.
Расчётная тяга -- 5 кгс.
Давление в камере сгорания -- 8,5 атм.
Зажигание -- автомобильная свеча.
Охлаждение -- регенеративное, охлаждающий агент -- окислитель.





Видео:
http://youtu.be/1uZHUkeIkpk
http://youtu.be/zG_REB-7gwE
http://youtu.be/W_idSgO0jlQ

Видео процесса спекания:
http://youtu.be/PQzAKKpg0uY


   Попробовать спекать в газостатах из мелкодисперсной керамики. было-бы круто.

Monoceros

А не проще печатать из пластика + литье по выжигаемой модели?

ЦитатаВ то же время, жидкостные двигатели, позволяющие добиться лучших характеристик
Для маленького двигателя жрд не позволяют добиваться лучших характеристик.

октоген

Цитатапричем готовая модель почти не отличается по прочности от цельного куска металла.

Вот это фигня  лажовая и не доказанная. Тем более для больших горшков. Тем более, что стенка камеры сгорания предусматривает каналы регенеративного охлаждения.


 Я абсолютно не отрицаю, что можно сделать так движок, только вот какие характеристики удастся выжать-это бооооольшой вопрос.

П.С. при весе до 1 т и требовании маршевого движка ПМСМ РДТТ таки будет лучше.

avmich

Мотор, описанный выше уже гонялся на тесте неоднократно.

Вот ещё один пример использования этой технологии для изготовления небольшого регенеративного двигателя:



http://unreasonablerocket.blogspot.com/2010/09/why-motor-has-horns.html

Разработчик, Пол Брид, сделал также алюминиевое регенеративное сопло.

avmich

ЦитатаЯ абсолютно не отрицаю, что можно сделать так движок, только вот какие характеристики удастся выжать-это бооооольшой вопрос.

Лазерное спекание - это всего лишь способ изготовления. Почему двигатель должен иметь существенно другие характеристики по сравнению с таким же двигателем, изготовленным традиционным способом?

Asgard

3D революция еще не сказала свое веское слово. Похоже следующие 50 лет будут годами развития этой отрасли. А дома или в гараже можно будет напечатать что угодно. Например почти нет ограничений на электронные платы. Да и мелкие детали механизмов дают интересные возможности.

mihalchuk

Вот когда 3д-принтеры начнут печатать 3д-принтеры + сопутствующее оборудование, да ещё в работающем состоянии... :D

mihalchuk

Цитата
ЦитатаЯ абсолютно не отрицаю, что можно сделать так движок, только вот какие характеристики удастся выжать-это бооооольшой вопрос.

Лазерное спекание - это всего лишь способ изготовления. Почему двигатель должен иметь существенно другие характеристики по сравнению с таким же двигателем, изготовленным традиционным способом?
Как насчёт теплопроводности материала и скорости эрозии сопла?

Dave Bowman

NASA разработало технологию 3D печати запчастей для космических аппаратов
Разработка*
Мечта любителей 3D прототипирования становится реальностью. NASA разработало и испытало технологию, позволяющую изготавливать металлические объекты любой формы прямо на борту космического корабля.


Данная технология называется «электронно-лучевой процесс создания предметов произвольной формы» (Electron Beam Freeform Fabrication EBF3) и представляет из себя смесь 3D печати и электронной сварки. С помощью электронного луча металлическая нить нагревается до температуры плавления и расплавленный материал слой за слоем укладывается на подложку согласно компьютерной модели.

Для печати космических кораблей металлических деталей разработчики использовали сплавы на основе алюминия, титана и никеля, как наиболее часто используемые в аэрокосмической промышленности. В частности использовались провода толщиной 1.6 мм (сплав на основе алюминия) и 2.4 мм (сплав на основе титана). То что у них получилось, можно увидеть на следующим рисунке.

Как здесь можно увидеть, пространственное разрешение этой технологии пока оставляет желать лучшего. И действительно, чего можно ожидать от титанового провода диаметром 2.4мм, ведь при расплавлении металл еще и растекается. Но будем надеяться, что данный процесс еще будет масштабироваться до приемлемых в промышленности (особенно аэрокосмической) значений. Ведь тестовый образец установки, на которой проводились эксперименты в условиях микрогравитации (для чего ее погрузили на самолет и заставили покружиться на большой высоте) не такой уж и компактный.

В любом случае научный коллектив следующим шагом планирует создать установку, которую можно будет доставить на МКС и уже провести эксперимент на ее борту. А для этого ее вес и габариты придется существенно уменьшить, так как каждый килограмм груза, запущенного на орбиту стоит значительных средств.
Разработчики создают свой печатающий станок для того чтобы исключить необходимость доставлять на станцию запасные части для нее, ведь зачем они нужны если каждую можно будет напечатать на месте, был бы только исходный материал. Можно еще пофантазировать и представить себе в отдаленном (или не очень) будущем заводы, к примеру в поясе астероидов, которые из тут же добытого материала будут строить космические корабли.
Мы же будем надеяться на то, что эта технология как можно скорее поступит на открытый рынок, ведь спрос на нее уже сейчас очень большой. И каждый получит возможность напечатать себе велосипед, автомобиль или армию роботов убийц...

http://habrahabr.ru/post/148502/

Asgard

ЦитатаВ частности использовались провода толщиной 1.6 мм (сплав на основе алюминия) и 2.4 мм (сплав на основе титана).

Интересно чем обусловлен выбор столь толстых проводов.

Детали конечно получились из кружка юнный техник



А вот установка, ещё брутальней.  8)


avmich

Цитата
Цитата
ЦитатаЯ абсолютно не отрицаю, что можно сделать так движок, только вот какие характеристики удастся выжать-это бооооольшой вопрос.

Лазерное спекание - это всего лишь способ изготовления. Почему двигатель должен иметь существенно другие характеристики по сравнению с таким же двигателем, изготовленным традиционным способом?
Как насчёт теплопроводности материала и скорости эрозии сопла?

О чём речь? Не уверен, что понял... У алюминия, из которого делают регенеративные сопла, с теплопроводностью всё хорошо. Эрозия сопла - имеется в виду ЖРД? Там эрозии почти нет (нет твёрдых частиц, скажем). Принтера? Там сопла нет - лазерное спекание работает иначе...

www.youtube.com/watch?v=PQzAKKpg0uY

avmich

ЦитатаА не проще печатать из пластика + литье по выжигаемой модели?

А как литём по выжигаемой модели сделать камеру с каналами охлаждения?

Цитата
ЦитатаВ то же время, жидкостные двигатели, позволяющие добиться лучших характеристик
Для маленького двигателя жрд не позволяют добиваться лучших характеристик.

Хм. Допустим, ставится задача сделать небольшую ракетную систему, способную неподвижно зависать над землёй. Скажем, стартовая масса 100 кг. Можно ли это сделать любителям на РДТТ? На ЖРД, похоже, можно. Если в этом примере ЖРД лучше, можно ли считать их характеристики лучшими?

Что Вы имеете в виду?

октоген

Цитата
ЦитатаЯ абсолютно не отрицаю, что можно сделать так движок, только вот какие характеристики удастся выжать-это бооооольшой вопрос.

Лазерное спекание - это всего лишь способ изготовления. Почему двигатель должен иметь существенно другие характеристики по сравнению с таким же двигателем, изготовленным традиционным способом?

Потому, что в нормальном движке используют материалы с известными свойствами.  Та же заготовка подвергается термообработке или термомеханической обработке, а уж потом на станке вытачивается деталь, прецезионная по точности... А вот порошки всякие  и эти "печатанные" детали не дадут прочности.  И нужно будет допуски брать на разброс стабильности характеристик. К тому же я слабо себе представляю изготовление форсунок по такой технологии.

sychbird

ЦитатаА вот порошки всякие  и эти "печатанные" детали не дадут прочности.  И нужно будет допуски брать на разброс стабильности характеристик. К тому же я слабо себе представляю изготовление форсунок по такой технологии.
Грамотное использование технологии спекания керамики из порошков дает более высокие прочностные и  теплофизические свойство формуемых деталей, чем механобработка. Прецезионность достигается шлифовкой.
Ответил со свойственной ему свирепостью (хотя и не преступая ни на дюйм границ учтивости). (C)  :)

Monoceros

Цитата
Цитата
ЦитатаВ то же время, жидкостные двигатели, позволяющие добиться лучших характеристик
Для маленького двигателя жрд не позволяют добиваться лучших характеристик.

Хм. Допустим, ставится задача сделать небольшую ракетную систему, способную неподвижно зависать над землёй. Скажем, стартовая масса 100 кг. Можно ли это сделать любителям на РДТТ? На ЖРД, похоже, можно. Если в этом примере ЖРД лучше, можно ли считать их характеристики лучшими?

Что Вы имеете в виду?

Лучшие характеристики = удельный импульс, массовое совершенство, характеристическая скорость аппарата с двигателем.

Asgard

ЦитатаЛучшие характеристики = удельный импульс, массовое совершенство, характеристическая скорость аппарата с двигателем.

Тут дело в другом. 3Д принтеры вполне могут привести к удешевлению сложных машин. В особенности что касается новых разработок. Тут и об АКС можно подумать.

avmich

Цитата
Цитата
ЦитатаЯ абсолютно не отрицаю, что можно сделать так движок, только вот какие характеристики удастся выжать-это бооооольшой вопрос.

Лазерное спекание - это всего лишь способ изготовления. Почему двигатель должен иметь существенно другие характеристики по сравнению с таким же двигателем, изготовленным традиционным способом?

Потому, что в нормальном движке используют материалы с известными свойствами.

Согласен. Однако при лазерном спекании металлов разброс свойств не так уж велик. Например, прочностные свойства изготовленных таким образом металлических деталей часто отличаются от выточенных из цельного куска меньше, чем на 5%.

Лазерное спекание выглядит очень похожим на прецизионную микросварку - или на микролитьё. В обоих случаях изготавливаемый образец проходит, слой за слоем, процедуру плавления, или почти плавления, малого кусочка и затем его остывания. Процессы сами по себе довольно понятные, свойства получаемых таким образом деталей вполне можно изучать и предсказывать, мне кажется. По крайней мере, неясно, почему бы это было не так.

ЦитатаТа же заготовка подвергается термообработке или термомеханической обработке, а уж потом на станке вытачивается деталь, прецезионная по точности...

Многие детали ЖРД не требуют такой уж высокой точности изготовления. Поэтому, кстати, их удавалось делать даже в 30-е годы XX века, когда особо точных станков и не было. В то же время сейчас станки, производящие лазерное спекание, работают со слоями в сотые доли миллиметра. Для камер сгорания, огневой стенки и каналов охлаждения точность уже приемлемая. Что, собственно, подтверждают испытания. Конечно, РД-170 пока так не делают, поэтому сравнить нельзя, но двигатели попроще уже работают.

ЦитатаА вот порошки всякие  и эти "печатанные" детали не дадут прочности.

Не дадут, возможно, 100% прочности цельного куска - повторю, возможно. Возможно, наоборот, удастся делать тонкодисперсные композиты, которые будут иметь преимущества от смешения разных материалов. Но получаемые сегодня 95% - это тоже неплохо, работать вполне можно.

ЦитатаИ нужно будет допуски брать на разброс стабильности характеристик. К тому же я слабо себе представляю изготовление форсунок по такой технологии.

Насчёт форсунок - согласен с Вами. Если ФГ имеет множество небольших форсунок, то допуски на каждую из них могут быть довольно жёсткими - вполне себе микроны. Сегодняшние станки такого пока взять вроде бы не могут.

Но ведь можно форсунки изготавливать отдельно, и крепить потом на "напечатанной" форсуночной головке, которую потом соединять с камерой, сделанной отдельной деталью. При этом ЖРД не получается из одной детали - но количество деталей и технологических операций всё равно резко падает.

avmich

Цитата
Цитата
Цитата
ЦитатаВ то же время, жидкостные двигатели, позволяющие добиться лучших характеристик
Для маленького двигателя жрд не позволяют добиваться лучших характеристик.

Хм. Допустим, ставится задача сделать небольшую ракетную систему, способную неподвижно зависать над землёй. Скажем, стартовая масса 100 кг. Можно ли это сделать любителям на РДТТ? На ЖРД, похоже, можно. Если в этом примере ЖРД лучше, можно ли считать их характеристики лучшими?

Что Вы имеете в виду?

Лучшие характеристики = удельный импульс, массовое совершенство, характеристическая скорость аппарата с двигателем.

Если взять для примера задачу, как здесь, то, наверное, даже профессионалам будет сложно решить её на РДТТ. Как обеспечить контроль уровня тяги? А если тягу нужно плавно понижать, по заданному закону? А если при этом шашка изготавливается до того, как станет известна масса аппарата, с точностью 10% и лучше? Не думаю, что так можно сделать. То есть, при таком критерии можно считать, что ЖРД лучше, потому что РДТТ не может решить задачу.

Можно, конечно, говорить о ГРД, но там свои нюансы.

Удельный импульс. РДТТ имеют удельный импульс порядка, скажем, 2500 м/с. Для любительских ЖРД это высокий уровень; но, с другой стороны, сделать любительский РДТТ тягой 1000Н не так просто, сложнее, чем любительский ЖРД такой же тяги. То есть, если есть задача, скажем, аналогичная соревнованию лунных посадочных ступеней Нортроп-Грамана, то - даже не беря в расчёт управляемость - РДТТ проигрывают, потому что менее доступны для самостоятельного изготовления любителями. В то же время ЖРД в процессе изготовления не несёт запасённой энергии - в отличие от шашек РДТТ - и для изготовления ЖРД можно применять более изощрённые методики.

Массовое совершенство у любительских ЖРД и РДТТ может быть довольно близким - в обоих случаях основную массу составляет ёмкость с топливом, рассчитанная на высокое давление. Собственно ЖРД у любителей вполне может развивать тягу, в, скажем, 20 раз превышающую его вес, и это вовсе не предел. РДТТ, если и имеют преимущество, то оно вряд ли велико.

Характеристическая скорость аппарата с двигателем. Возможно, тут РДТТ выигрывают - во всяком случае, любительские попытки достичь высоты 100 км пока что основываются на РДТТ. Правда, есть и работы Армадилло Аэроспейс, но можно ли их считать любителями... Есть, опять же, результаты соревнований лунных посадочных ступеней Нортроп-Грамана, где на высшем уровне сложности - 3 минуты зависания - соревновались только жидкостные решения, но по-настоящему там соревновались опять-таки нелюбительские Армадилло и Мастен...

В целом, я бы не сказал, что РДТТ для любителей имеют такие уж преимущества. Если хочется выйти во двор и запустить ракету граммов в 50 на пару сотен метров - тогда да, конечно, РДТТ удобны. Если хочется поднять, скажем, килограмм-другой на пару километров... то уже вопрос. Если хочется сделать аппарат с зависанием и управлением - то выигрывают ЖРД.

mihalchuk

ЦитатаОднако при лазерном спекании металлов разброс свойств не так уж велик. Например, прочностные свойства изготовленных таким образом металлических деталей часто отличаются от выточенных из цельного куска меньше, чем на 5%.
Это - от литого куска. А прокат может быть в несколько раз прочнее литья.