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航天六院7103厂采用3D打印制造载人火箭发动机零件

2021-07-18 13:43     3D打印
6月17日,长征二号F遥十二运载火箭托举着载有聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员的神舟十二号载人飞船驶向太空,入住我国首个空间站。作为生产制造该火箭所用芯一级发动机、二级发动机、助推器发动机的航天科技集团六院7103厂,采用了3D打印技术制造所需零件,实现了发动机更可靠,效率速度也得到了双提升。

发动机推力室隔板加强肋的工艺改进,是在本次火箭配套发动机16项工艺状态变化中最典型的代表之一。加强肋是发动机隔板夹层内流通通道的关键构件,主要用于保证发动机的燃烧稳定性。该产品之前采用熔模精密铸造工艺生产,受产品特殊结构限制,生产工艺流程长且复杂,配套设备多且依赖性强,使得合格率和生产效率受限。

3D打印技术的应用实现了加强肋产品加工方法的“双创新”:一方面实现了工艺制造技术创新,突破了传统工艺制造难题,解决了因结构限制导致产品合格率低的问题;另一方面实现了高效、快捷、绿色的制造模式创新,突破传统制造模式低生产效率瓶颈,解决了多种废液、粉尘气味等环保问题,可直接制备出形状复杂、性能稳定的产品。相比于传统铸件,产品尺寸精度及稳定性更高,产品多项性能指标接近甚至超过传统铸件历史最高值。7103厂增材制造创新中心主任杨欢庆指出,“通过3D打印技术替代熔模精密铸造工艺,加强肋制造周期缩短了75%,合格率由不足20%提升至98%,成本降低了30%。”

7103厂,我国航天系统增材制造技术应用的示范基地

航天六院7103厂,是我国唯一的大型液体火箭发动机研制生产厂,先后研制生产近百余种液体火箭发动机,系列动力系统助力我国航天完成探月工程、载人航天、北斗组网、火星探测等国家重大工程的实施。

当前,已有90余种装机试验通过热试车考核,30余种实现批量交付,增材制造构件先后成功参与了天问一号、实践卫星、北斗导航系统双星等50余次发射和飞行试验,为我国深空探测、载人空间站、探月工程和北斗导航等航天重大工程的实施提供了技术支持和保障。

航天六院3D打印零件用于天问一号发动机

在天问一号探测器上,航天六院研制交付了着陆巡视器和环绕器的推进分系统,共计48台大大小小的发动机。为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求,作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机接续发挥关键作用,为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。

祝融号探测器着陆

该型发动机是六院研制团队在借鉴探月任务中7500N变推力发动机工程经验基础上,根据火星探测任务全新设计制造的发动机。并且相较之前探月任务中同样推力的7500N发动机,为了满足火星探测器安装结构要求和减重需求,并提升发动机性能,研制团队首次在我国开展深空探测的航天器上将推进分系统发动机燃烧室从以往的低室压方案改进为中室压方案,从而保证了相同推力情况下,发动机体积更小、性能更高。

制造过程中,改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样,但重量和体积只有以前发动机的三分之一,结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术,“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形,也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。


祝融号火星车

如今,3D打印技术已经在我国运载火箭、航天器产品的制造过程中发挥重要作用,六院7103厂、一院211厂、三院159厂、三院31所、航空工业601所等均是该技术应用的典型代表。至于具体应用,已经非常繁多,但一直保持只干不说、多干少说的原则。随着我国航天事业的快速发展,该领域对3D打印技术(特别是金属3D打印)呈现出越来越强大的应用需求,对技术和产业化的推动越发明显。

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