Компания EOS AMCM завершила изготовление крупнейшего в мире газового ракетного двигателя с помощью 3D-печати. Двигатель был разработан полностью в немецком корпоративном программном обеспечении Hyperganic Core с использованием передовых программных алгоритмов, что устраняет необходимость в каком-либо ручном процессе моделирования в САПР и в то же время, возможно, является самой сложной из когда-либо произведенных деталей, изготовленных методом аддитивного производства, что нарушает все традиционные рабочие процессы. Напечатанный из меди на мощном 3D-принтере AMCM объемом 1 м, двигатель имеет высоту 80 см.
Мощный алгоритм
Этот ракетный двигатель Aerospike демонстрирует возможности сочетания мощности программных алгоритмов с самой передовой в мире системой 3D-печати и аддитивного производства.
Ракетные двигатели с пневматическим приводом обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными конструкциями с раструбным соплом. Двигатель Aerospike — это ракетный двигатель, который сохраняет свою аэродинамическую эффективность в широком диапазоне высот. Он относится к категории высококомпенсированных сопловых двигателей.
Двигатели Aerospike расходуют 25-30 процентов топлива на малых высотах, где тяга наиболее требовательна для большинства миссий. Двигатели Aerospike — это огромное достижение в ракетостроении, и даже на долю процента стоит обратить внимание. Проблема всегда состоит в том, чтобы охлаждать шипы посреди очень горячего выхлопа.
Эта конструкция двигателя Aerospike эффективна и основана на новейших знаниях в области разработки космического оборудования в сочетании с совокупностью знаний, использованных при проектировании теплообменников Hyperganic. Концепция Aerospike хорошо известна и проста для понимания. Первые конструкции появились в 1960-х и 1970-х годах, но в то время НАСА пришлось выбрать традиционное сопло в форме колокола, поскольку охлаждение шипов было невозможно с использованием традиционных технологий проектирования и производства в конструкции Aerospike.
В некотором смысле Aerospike должен быть гигантским сверхэффективным теплообменником, в котором используется криогенный жидкий кислород, чтобы шипы не плавились, а 3D-печать упрощает эти производственные задачи.
За считанные минуты Hyperganic Core может создать двигатель практически любой мыслимой конструкции, включая реактивные головки, усовершенствованные системы теплопередачи и камеры сгорания сложной геометрии, с различными уровнями тяги и различными размерами, с программным обеспечением, которое может быстро выполнять итерации и адаптироваться. считанные минуты за одну итерацию.
Автоматически генерировать детали
Hypertonic разработала программное обеспечение для проектирования на уровне вокселей для аддитивного производства, которое устраняет ограничения дизайна файлов STL. Hypertonic автоматически генерирует детали с помощью алгоритмов создания сложных функциональных бионических структур.
В основе дизайна лежит принцип проектирования с помощью математических алгоритмов без какой-либо модели САПР. Модель ракетного двигателя, напечатанная на 3D-принтере, создается в процессе цифровой эволюции. Алгоритм в процессе эволюции будет генерировать сотни вариантов моделей, а программное обеспечение выполнит проверку физического моделирования на этих моделях, чтобы отсеять наиболее подходящие модели. Полученный в результате 3D-печатный дизайн ракетного двигателя выглядит совершенно иначе, чем дизайн человека.
Конструкция двух двигателей высотой 80см и высотой 40см не одинакова, не только размеры. Детали для аддитивного производства часто бывают очень сложными, и их трудно реализовать с помощью традиционных программ САПР. Hypertonic решает эту проблему с помощью 3D-моделей на уровне вокселей, которые можно просматривать в САПР. Бизнес-модель Hyperganic также является инновационной: они не продают программное обеспечение, а предоставляют клиентам параметры печати для достижения успеха, что может означать, что Hyperganic создает модель распределения доходов для клиентов.
Двигатель Aerospike имеет сопло в форме колокола, которое сжимает расширяющийся газ. Базовая форма – колокол, вывернутый наизнанку. Конструкция выпускного коллектора Aerospike в основном противоположна традиционной ракете в форме колокола. Тяга традиционной ракеты в форме колокола, обычно используемой на космических челноках, постепенно уменьшается. Концепция конструкции Aerospike позволяет поддерживать тягу ракеты после отрыва от земли.
Конструкции Aerospike сложно построить с использованием традиционных производственных технологий, включая ряд связанных с этим инженерных трудностей: охлаждение, вес и производственные затраты. С помощью технологии 3D-печати можно создавать сложные геометрические формы, в том числе детали, подверженные помехам при механической обработке, которые могут быть эффективно решены с помощью технологии 3D-печати. Благодаря современной технологии 3D-печати и новым материалам, таким как медные сплавы, функциональный и экономически выгодный двигатель Aerospike может быть построен с минимальными затратами и временем.