Реализация аддитивной технологии 3D-печати при разработке экспериментального кислородно-водородного ракетного двигателя малой тяги
Автор: Кошлаков В.В., Мосолов С.В., Клименко А.Г., Акбулатов Э.Ш., Назаров В.П., Герасимов Е.В.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 3 т.25, 2024 года.
Бесплатный доступ
Создание двигательных установок космических аппаратов с высокими показателями энергетической эффективности и минимальными массогабаритными параметрами является актуальной научно-технической задачей отечественного ракетного двигателестроения. При этом выдвигаются требования оптимизации стоимости и времени проектирования, опытно-конструкторской отработки и изготовления двигателей, а также экологической безопасности на всех этапах жизненного цикла изделий. В связи с этим предлагается в производстве космических ракетных двигателей малой тяги (РДМТ) использовать перспективные лазерные технологии 3D-печати (аддитивные технологии) из металлического порошка по CAD-моделям деталей двигателей. Технология лазерного плавления на современных 3D-принтерах позволяет изготавливать сложные монолитные конструкции двигателей без применения трудоемких и ресурсозатратных операций механической обработки, сварки, пайки, а также значительно снизить объем слесарно-сборочных и контрольно-измерительных работ и уменьшить влияние некоторых непроизводственных факторов. В статье рассмотрены вопросы практического применения перспективных технологий при создании РДМТ. Представлены результаты огневых испытаний, которые будут использованы для уточнения ранее разработанных расчетных моделей кислородно-водородных РДМТ при создании перспективных ракетных двигателей космических аппаратов. Объектом исследования являлся разработанный и изготовленный с использованием аддитивной технологии экспериментальный образец РДМТ номинальной тягой 150 Н на газообразных компонентах топлива кислород и водород. Экспериментальный РДМТ рассматривается как прототип двигателя ориентации, стабилизации и обеспечения запуска кислородно-водородного разгонного блока. Цель работы - изучение эффективности ранее не исследованных конструктивных решений по организации смесеобразования и охлаждения кислородно-водородного РДМТ, определение их влияния на совершенство рабочего процесса и тепловое состояние камеры двигателя. Огневые испытания проведены в режиме одиночных включений с длительностью, достаточной для выхода камеры РДМТ на стационарный тепловой режим, с определением энергетических характеристик и теплового состояния конструкции.
Ракетный двигатель малой тяги, аддитивные технологии, инконель 718, стендовые огневые испытания
Короткий адрес: https://sciup.org/148330562
IDR: 148330562 | DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-3-320-336
Список литературы Реализация аддитивной технологии 3D-печати при разработке экспериментального кислородно-водородного ракетного двигателя малой тяги
- Логачева А. И. Аддитивные технологии изделий ракетно-космической техники: перспективы и проблемы применения // Технология легких сплавов. 2015, № 3. С. 39–44.
- NASA tests limits of 3D-prnting with powerfull rocket engine check [Электронный ресурс]. URL: http://nasa.gov (дата обращения: 26.05.2024).
- Перспективы применения аддитивных технологий в производстве сложных деталей газотурбинных двигателей из металлических материалов / С. В. Белов, С. А. Волков, Л. А. Магеррамова и др. // Аддитивные технологии в российской промышленности: сб. науч. тр. М.: ВИАМ, 2015. С. 101–102.
- Аддитивные технологии / М. В. Терехов, Л. Б. Филиппова, А. А. Мартыненко и др. М.: ФЛИНТА, 2018. 74 с.
- ГОСТ Р 59036–2020. Аддитивные технологии. Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2020. 22 с.
- Additive Manufacturing. With Amperprint for 3D-Printing you Have the Powder to Create [электронный ресурс]. URL: https://www.hoganas.com/en/powder-technologies/additive-manufacturing/3d-printingpowders/ (дата обращения: 26.05.2024).
- Акбулатов Э. Ш., Назаров В. П., Герасимов Е. В. Исследование характеристик ракетного
- двигателя малой тяги, изготовленного методом аддитивной SLM-технологии // Сибирский аэрокосмический журнал. 2023. Т. 24, № 4. С. 682–696. Doi: 10.31772/2712-8970-2023-24-4-682-696.
- Особенности испытаний жидкостных ракетных двигателей малой тяги / В. П. Назаров, В. Ю. Пиунов, В. Г. Яцуненко, Д. А. Савчин // Сибирский аэрокосмический журнал. 2021. Т. 22, № 2. С. 339– 354. Doi: 10.31772/2712-8970-2021-22-2-339-354.
- Имитационное моделирование условий стендовых испытаний жидкостных ракетных двигателей малой тяги / В. П. Назаров, В. Ю. Пиунов, К. Ф. Голиковская, Л. П. Назарова // Решетневские чтения: материалы ХХVI Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 2022. C. 191–192.
- Разработка и реализация инновационных аддитивных технологий 3D-печати ракетных двигателей малой тяги / Э. Ш. Акбулатов, В. П. Назаров, А. Н. Щелканов и др. // Решетневские чтения: материалы XXVII Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 2023. С. 149–151.
- Мосолов С. В., Партола И. С. Перспективы развития российского ракетного двигателестроения в современных условиях // Идеи К. Э. Циолковского в теориях освоения космоса: Материалы 58-х Науч. чтений. Калуга, 2023. С. 94–96.
- Перспективы развития двигательных установок космических аппаратов / А. С. Ловцов, С. В. Мосолов, Д. А. Гоза, М. Ю. Селиванов // Созвездие Роскосмоса: траектория науки: материалы II Отраслевой науч.-практ. конф. Красноярск, 2023. С. 29.
- Кутуев Р. Х., Лебедев И. Н., Салич В. Л. Разработка перспективных РДМТ на экологически чистых топливных композициях // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та. 2009, № 3 (19). С. 101–109.
- Некоторые результаты экспериментального исследования параметров ракетных двигателей малой тяги на газообразном кислородно-водородном топливе / Ю. И. Агеенко, Е. А. Лапшин, И. И. Морозов и др. // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та. 2014. № 5 (47). С. 35–45.
- Двигатель осевой перегрузки для экологически чистых разгонных блоков / О. А. Барсуков, А. Г. Весноватов, А. В. Межевов и др. // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: тр. Междунар. науч.-техн. конф. Самара, 2003. С. 14–19.
- Экспериментальное исследование рабочего процесса в камере ракетного двигателя малой тяги на газообразных компонентах топлива метан + кислород / Ю. В. Антонов, Д. А. Ягодников, В. И. Новиков и др. // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2007. № 2. С. 35–43.
- Воробьев А. Г., Боровик И. Н., Ха С. Анализ нестационарного теплового состояния ЖРД малой тяги с топливом высококонцентрированная перекись водорода-керосин с учетом завесного охлаждения // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та. 2014. № 1 (43). С. 30–40.
- Кочанов А. В., Клименко А. Г. Исследования проблем создания РДМТ на экологически чистых газообразных топливах // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2006. № 3 (64). С. 64–73.
- Пат. 3046108A US. Age-hardenable nickel alloy / Eiselstein H. L. № US773702A ; заявл. 13.11.1958 ; опубл. 24.07.1962. 10 с.
- Структура и свойства образцов из сплава Inconel 718 полученных по технологии селективного лазерного плавления / А. А. Педаш, Н. А. Лысенко и др. // Авиационно-космическая техника и технология. 2017. № 8. С. 46–54.
- ГОСТ Р 59184–2020. Аддитивные технологии. Оборудование для лазерного сплавления. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2020. 18 с.
- Преображенская Е. В., Боровик Т. Н., Баранова Н. С. Технологии, материалы и оборудование аддитивных производств. М.: РТУ МИРЭА, 2021. 173 c.
- Gu D.D., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser additive manufacturing of metallic components: Materials, processes and mechanisms // International Materials Reviews. 2012. No. 57 (3). P. 133–164.
