ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 629.78(062)

ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ

*

Т.А. Федченко , Н.А. Данилов, Я.А. Халеков Научный руководитель - М.И. Толстопятов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: fedchenkol [email protected]

Рассмотрены основные области применения аддитивных технологий в ракетно-космической техники и компании, использующие в своих разработках 3d-печать.

Ключевые слова : аддитивные технологии, ракетостроение, 3D-печать.

APPLICATION OF ADDITIVE TECHNOLOGIES IN ROCKET AND SPACE ENGINEERING

T.A. Fedchenko*, N.A. Danilov, Y.A. Khalekov Scientific supervisor - M. I. Tolstopyatov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: fedchenkol [email protected]

The main areas of additive technology in the rocket and space technology and companies using in their developments 3d-printing are considered.

Key words : additive technologies, rocket engineering, 3D-printing.

В настоящее время происходит они освоение аддитивных технологий, в частности, в применении 3D-принтеров. Аддитивное производство (Additive Manufacturing) - это создание изделий, основанное на поэтапном добавлении материала на основу в виде плоской платформы или осевой заготовки. В самом термине «аддитивность» (от лат. additivus -прибавляемый) заложен основной принцип этого процесса. Такой способ изготовления также называют «выращиванием» из-за послойного создания изделия [1].

Существует несколько инновационных видов аддитивных технологий:

1.FDM (Fuseddepositionmodeling) - изделие формируется послойно из расплавленной пластиковой нити;

2.CJP (ColorJetprinting) - единственная в мире 3d полноцветная печать с принципом склеивания порошка, состоящего из гипса;

3.SLS (SelectiveLaserSintering) - технология лазерного запекания, при которой образуются особо прочные объекты любых размеров;

4.MJM (MultiJetModeling) многоструйное 3d моделирование с использованием фотополимеров и воска;

5.SLA (LaserStereolithography) - с помощью лазера происходит послойное отвердевание жидкого полимера [2].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

Аддитивные технологии позволяют сделать монолитную камеру сгорания с внутренними каналами, но для обеспечения хорошего охлаждения конструкции ЖРД необходимо использовать медный сплав, который обладает более высоким коэффициентом теплопроводности по сравнению с жаропрочным никелевым сплавом. Исходя из этого можно сделать вывод, что проектирование камеры сгорания для обеспечения заданных температурных характеристик конструкторы сделали ее корпусдвойным: внутренний корпус изготавливается из медного сплава GRCop-84 и имеет каналохлаждения, а внешняя рубашка, несущая силовую нагрузку, изготовлена из жаропрочного сплава Inconel 625.

Таким образом, благодаря аддитивным технологиям удалось снизить количество изготавливаемых деталей при производстве турбонасосного агрегата в 2 раза по сравнению страдиционным методом изготовления [3].

В настоящее время аддитивные технологии повсеместно применяются в ракетно-космической технике. Одним из примеров является корпорация LockheedMartin (США). Данная корпорация успешна внедрила детали, полученные с использованием метода аддитивных технологий на примере создания кронштейнов для космического корабля «Юнона» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) США, который в настоящее время выполняет свою миссию на орбите планеты Юпитер (3). Также, компания AerojetRocketdyne (США) использовала аддитивные технологии для изготовления инжектора ракетного двигателя.

Компания AuroraFlightSciences (США) построила и провела летные испытания беспилотного летательного аппарата для оценки его аэродинамических свойств перед запуском данного изделия в серийное производство. Этот подход позволил запустить инновационные структурные механизмы, которые не были возможны с использованием традиционных технологий.

Область применения аддитивных технологий не обошла стороной и НАСА. В НАСА активно проводятся работы по внедрению в ракетно-космическую отрасль аддитивных технологий. Имеется положительный опыт успешного испытания ракетного двигателя, работающего на компонентах «кислород — водород» тягой 9 т, полностью напечатанного с помощью технологии SLP. Данный вид двигателя предполагается использовать для посадки, движения в космосе и в верхних ступенях ракет.Помимо испытаний данного вида двигателя НАСА проводило испытания напечатанного на ЗБ-принтере турбонасосного агрегата, работающего со скоростью 90 000 оборотов в минуту, для ракетного двигателя в Космическом центре Маршалла в штате Алабама. Незадолго до начала проведения этих испытаний специалисты НАСА провели испытания серии деталей, напечатанных на ЗБ-принтере, которые составили около 75 % комплектующих, необходимых для создания ракетного двигателя. Были протестированы вместе турбонасосы, инжекторы и клапаны, что позволило сделать вывод о том, что ЗБ-печать двигателя возможна. Данное испытание подтвердило преимущества использования аддитивных технологий в целях экономии и упрощения процесса создания необходимых деталей. В настоящее время НАСА использует аддитивные технологии практически во всех сферах марсианской миссии, в частности для создания прототипов и образцов деталей и изделий, производства деталей в космосе, изготовления, комплектующих двигателя корабля в рамках марсианской миссии [4].

Одной из организация, обладающих наибольшим опытом в применении деталей, отпечатанных на ЗБпринтере, является компания RocketLab, базирующаяся в Новой Зеландии и в США. Компания RocketLab сегодня лидирует среди компаний, запускающих небольшие спутники, благодаря своей ракете Electron. До сих пор были произведены успешные запуски шести таких ракет - каждая из которых снабжена девятью двигателями Rutherford, созданными, в основном из полученных на 3d принтерах металлических деталей. Кроме того, на борту этих ракет имеется и ряд других элементов, полученных по технологии 3d печати [5].

В настоящее время существует Студенческий технологический инкубатор СибГУ в Красноярске, в котором происходит реализация проектов студентов по SD-печати различных деталей. Также там происходит исследование характеристик, параметров и самой физики процессов аддитивных технологий. На данный момент там происходит печать камеры сгорания и форсуночных головок, в перспективе будет происходить печать узлов и деталей ракетно-космической техники. Помимо исследований инкубатор занимается улучшением параметров, физических свойств, химического состава и прочностных характеристик. Данные исследования и улучшения производятся для того, чтобы аддитивные технологии не уступали традиционным методам производства.

Исходя из выше перечисленного, можно сделать вывод, что в настоящее время применение аддитивных технологий происходит повсеместно. Многие компании внедряют использование аддитивных технологий в свое производство, тем самым упрощая процесс создания деталей. В будущей при помощи аддитивных технологий возможно будет создание всего двигателя только одним видом производства, что является перспективным развитием данных технологий.

Библиографические ссылки

1. Аддитивные технологии в действии [Электронный ресурс]. URL: https://rostec.ru/news/additivnye-tekhnologii-v-deystvii/ (Дата обращение 23.02.2022).

2. Аддитивные технологии - что это такое и где применяются [Электронный ресурс]. URL: https://old.sk.ru/news/b/press/archive/2019/09/18/additivnye-tehnologii-_1320_-chto-eto-takoe-i-gde-primenyayutsya.aspx (Дата обращения 23.02.2022).

3. Федченко Т. А. Преимущества использования аддитивных технологий в ракетостроении// Актуальные проблемы авиации и космонавтики: в 3 т.. Т.1 / под. общ. ред. Ю.Ю. Логинова; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2021. С.249-250.

4. Применение аддитивных технологий в производстве изделий ракетно-космической техники [Электронный ресурс]. URL: https://studme.org/396203/tehnika/primenenie_ additivnyh tehnologiy proizvodstve izdeliy raketno kosmicheskoy tehniki (Дата обращения 23.02.2022).

5. RocketLab: Небольшая фирма, начавшая революцию 3d печати в космосе [Электронный ресурс]. URL: https://3d-daily.ru/engineering/rocket-lab-revolution-3dp.html(Дата обращения 25.02.2022).

© Федченко Т.А., Данилов Н.А., Халеков Я. А., 2022