инженер-системотехник
0,1
рейтинг
5 октября 2012 в 13:51

Ракетный двигатель, напечатанный на 3D-принтере

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.

Несколько видео испытаний двигателя:




Источники


rocketmoonlighting.blogspot.com/2011/03/what-its-all-about.html — блог автора
www.rocketmoonlighting.com/projects/printed-chamber — технические характеристики
www.youtube.com/user/RocketMooonlighter — канал на YouTube

UPD:


По просьбе Nickel3000 добавил видео самого процесса DMLS-печати. Тут не ракетный двигатель, но тоже детали из нержавейки:
Dmitry Yakhontov @Ocelot
карма
389,5
рейтинг 0,1
инженер-системотехник
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (90)

  • +11
    Мы делали ракетные двигатели на пропитке из натриевой селитры, сейчас печатают на 3D-принтере. До чего техника дошла :)
    • +4
      И ближайшая котельная не нужна для просушки, прогресс!
      • +1
        какая котельная, батареи отопления!)
        • +1
          Это если не в промышленных масштабах.
          • 0
            Масштаб двигателя выше тоже не 1:1 с Протоном :)
            • +5
              А где бы мы в детстве столько фольги набрали, конечно, не 1:1!
              • +1
                Хотя был один источник материала для твердотопливных камер сгорания, молокозавод… Олдскул, но фольга для закупорки бутылок очень подходила для создания ракет. Что-то я аж взгрустнул.
                • +2
                  Фольга… вы прямо как маленькие. Аптека, 6 копеек, 10 таблеток валидола в плотном алюминиевом цилиндрике с завинчивающейся крышкой.
                  • 0
                    Хай-тек прямо какой-то.
                    • 0
                      Хай-тек — это советские электролитические конденсаторы большой ёмкости (вернее, баллоны из-под них — родная начинка безжалостно выковыривалась). Вот там объём позволял развернуться.
      • +1
        Да да, такая труба огромная… целые развороты можно сушить, очень быстро пока не спалишься.
    • 0
      Мы еще из фотопленки ракеты делали. Но в связи с тотальным переходом на цифровую фотографию этот путь теперь закрыт.
      • 0
        Аналогичный материал был в расческах за 15 копеек. Отламывали зубцы и плотно паковали в фольгированный стакан намотанный на карандаше.
      • +1
        Так фотоплёнка вроде как подходила только на нитроцеллюлозной основе, а такие уже давно не выпускаются, с современными у меня не получалось эффекта.
        • 0
          Верно. Я экспериментировал с пленкой из старых советских запасов. Более новая так не горит.
          • 0
            Новую пленку не из целлулоида делают — вот она и не горит.
      • 0
        Мы из раствора селитры на газету. У нас рядом со школой был какой-то склад-завод, где мы её мешками воровали, некоторые за это солью из ружья по жопе получили. Зато фейерверки были во дворе почти круглосуточно.
  • +2
    Ну так в том то и дело что проблема не придать сложную форму и структуру, а получить необходимую прочность (ударостойкость, жаростойкость и тд).
    • 0
      Камеру с двойными стенками и форсунками хитрой формы нелегко сделать и из более «дружелюбного» материала, чем нержавейка. Для РДТТ почти те же требования по прочности и жаростойкости, но они успешно решаются «на коленке» за счет простоты конструкции. Корпус и графитовое сопло можно выточить на простом токарном станке.
      • 0
        Да ладно при определенных познаниях в порошковой металургии можно и лучший материал подобрать.
      • 0
        Литье по выплавляемым моделям
  • 0
    А чем отличается 3D принтер от станка с ЧПУ?
    • +16
      Станком не сделать полые бесшовные детали.
      • 0
        Думаю что на пятикоординатном станке можно.
        • +2
          Только в определенных пределах. «Бутылку» с двойными стенками отфрезеровать нереально.
        • +2
          попробуйте выточить бутылку Клейна :)
      • 0
        Как предполагается удалять исходный материал (порошок) из замкнутого объема полой бесшовной детали?
        • 0
          Воздухом выдуть. Там же не замкнутый объем.
          • 0
            Тогда какая проблема обточить на станке?
            • +2
              Допустим, деталь полая, но полость сообщается с атмосферой через маленькое отверстие сбоку. Как такое точить? Никак. Можно выточить по частям и сварить, можно изготовить литьём, но 3D-печать универсальнее и технологичнее.
              • 0
                Понятно, спасибо.
  • +3
    Ох, поскорее бы DMLS в массы, квадрокопетеры не привлекают, а вот платформу на таких соплах я бы собрал %)
    • –9
      image
  • 0
    Вопрос стоимости как-то был обойден стороной.
    • +3
      Разве? Несколько килобаксов, я же написал. Точную цену автор не сообщает.
      • 0
        Да, перечитал еще раз и нашел. Жаль что цена пока весьма небюджетна.
        • +1
          и это цена за изготовление а не за агрегат )
      • 0
        вот цена на 3д печать нержавейкой — €8 за кубический см. Итого литр обойдется в €8к. Если прикинуть размер камеры по отношению к размеру свечи, то получается объем модели в районе 400 кубиков.
  • +1
    Судя по видео, он и 10 секунд выдержать не может
  • +24
    Интересно, когда дума запретит 3D принтеры?

    Чувствую эти принтеры изменят будущее мира.
    • +6
      Только тогда, когда принтер сможет напечатать свою работающую копию!
      • +5
        Т.е. когда принтеры будут из порошкового металла спекать лазером Калашников, дума будет благоговеть?
        • 0
          ну при желании калашников можно и сейчас надфилем на соответствующем станке изготовить, никто же это оборудование не запрещает. Вот патроны к нему просто так уже не купишь… а это как бы самое главное…
        • +3
          По действующему законодательству, а точнее согласно закону об оружии, это уже попадает под статью.
          • 0
            Вопрос то не в запрещение продукта, а в ограничении оборота инструментов. :) По закону запрещено делать оружие и детали к нему, но токарный станок купить можно.

            А товарищ как раз интересовался когда сами принтеры запрещать начнут? Хотя скорее начнут с постановке на учёт :)
            • 0
              Тогда же когда запретят токарные и фрезерные станки.
  • 0
    Какой вес двигателя? До какой максимальной скорости он сможет разогнать полезную массу (допустим 1 кг) пока не перегреется?
    • 0
      Данных по весу не нашел. Насколько можно оценить по размеру — порядка сотни грамм. Насчет разгона полезной массы — очень сложный вопрос. Ответ на него больше зависит не от от конструкции собственно двигателя, а от общей конструкции ракеты, количества топлива на борту и режима полета.
    • +1
      Там на видео он даже раскаляется. Интересно, какая это тепрература?
  • +1
    На какую высоту этот двигатель смог подняться?
    • 0
      Пока на нулевую. Его еще не ставили в ракету, пока только испытывают на стенде.
      • 0
        А расчетная неизвестна?
        • 0
          А разве высота чем то ограничивается в ракетных двигателях?
          Мне кажется тут другой момент, 5 кгс слишком мало, чтобы он хоть как-то летел.
          Ибо одно только топливо весит не мало, не считая самого двигателя.
          • +1
            Может быть, это вообще не маршевый двигатель. Для рулевого 5 кгс вполне достаточно.
            • 0
              А какой толк от рулевого без маршевого?
              • 0
                Ну не всё же сразу! Судя по блогу, автор сейчас работает над 20-кгс версией двигателя.
                • 0
                  А какая тяга необходима, чтобы доставить килограмм груза на орбиту (и при этом быть способным нести все топливо для этого)?
                  • 0
                    Подозреваю, одноступенчатой ракетой это вообще невозможно сделать. А вообще — смотрите формулу Циолковского, по ней можно найти необходимую массу топлива, исходя из полезной нагрузки, удельного импульса и нужной конечной скорости. А еще нужно учесть массу самой ракеты, аэродинамические потери, гравитационные потери, потери на управление… Ракету раcсчитать не так-то просто :)
                    • 0
                      Ну то что не так-то просто, это не страшно. Страшно, что это безумно дорого все.
            • 0
              Больше похоже на правду. Хотя двигатель сам по себе странный.
              Взять например рулевые двигатели малой тяги, так все они идут с коническим соплом.
              А здесь просто дырка.
              • +2
                «Просто дырка», как вы выразились, это сопло для дозвуковых скоростей потока. Конус — сопло Лаваля, сверхзвуковое. Возможно, в этом двигателе поток не достигает сверхзвука.
                Второй вариант — расширяющийся конус там есть, но он короткий и полностью закрыт охлаждающей рубашкой. Надо бы найти картинку в разрезе…
          • 0
            Ограничивается количеством топлива и массой.
  • +1
    Если бы 3д принтеры стоили чуть дешевле и могли качественно печатать и пластиком, который у всех под рукой (к примеру переработка\переплавка пластиковых бутылок из под колы) то 3д принтер, уверен, имел бы каждый уважающий себя гик.
    • 0
      А какая часть в этих принтерах самая дорогая? Головка?
      • 0
        Если не ошибаюсь, то самое дорогое — это электроника и приводы
        • 0
          Ну я полагаю, Arduino должно быть достаточно для управления? Или нет? А вот с приводами действительно беда.
  • 0
    Интересно, а какая прочность у подобного металла? Получится изготовить камеру взрыва для импульсного порохового двигателя?
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      Жидкий кислород и водород невозможно достать?
      • +2
        Достать можно… хранить внутри маленькой ракеты тяжеловато.
        • 0
          Ко всему прочему, написано что охлаждается двигатель с помощью окислителя. Называйте меня суеверным, но по-моему, нагревать кислород в присутствии металла — очень-очень плохая примета!
          • 0
            Летают же большие ракеты на кислороде и более агрессивных окислителях. Нагревать в присутствии металла можно, только не всякий металл годится. И нужно, чтобы внутри тракта окислителя было чисто: любые следы органики (горючего или масла) самовоспламеняются в кислороде.
            • 0
              Но я всерьёз сомневаюсь что там используют нержавейку, а не особый сплав, стойкий к этому окислителю.
              • 0
                Может быть, керамику пользуют. Сам точно не знаю. В любом случае это удел больших ракет: под тем давлением, которое необходимо для поддержания водорода и кислорода в жидком состоянии даже при комнатной температуре, в модельной ракете хранить их в сколь-нибудь необходимом объёме вряд ли реально. Да и в больших жидкостных ракетах чаще можно увидеть что-нибудь вроде гидразиновых топлив с химическими окислителями, чем чистые водород с кислородом.
                • 0
                  en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle
                  Или шаттл для вас недостаточно большой?
                  • 0
                    Не всё, что в космос летает, является Шаттлом.
                    • 0
                      Вам недостаточно одного шаттла?
                      • 0
                        Нет, конечно. Я же не пишу, что жидкие водород с кислородом вообще не применяются. Более того: по энергетической эффективности это один из наилучших вариантов, а по экологичности ему вообще равных нет. Но почему-то используют не повсеместно.
                        • 0
                          Используют не повсеместно по следующей причине: водород слишком легкий, по сравнению с другими видами горючего, для той же массы требуются баки большего объема. Поэтому вместо топлива «кислород-водород» часто удобнее использовать «кислород-керосин».
                          • 0
                            Используют не повсеместно главным образом потому, что его трудно получать в больших обьёмах! Это слишком дорого! Электролиз? Электроды тоже далеко не вечные. Бактерии? Нету в таких обьёмах покачто. И хранение — тоже проблема, ибо он даже проходит через металлы, а растворять его в спец. жидкостях тоже дорого, ибо дороги сами жидкости.
                            • 0
                              Водород же большей частью получают из природного газа, разве нет?
                              • 0
                                В любом случае это дороже чем тот-же природный газ!
                                Даже на тот самый природный газ массовый транспорт переходит с некоторым скрипом, не говоря уже про водород, который ну полюбому будет дороже этого природного газа.
                                Опять же — встает вопрос хранения водорода. В баках шаттла я думаю он ненадолго задерживается.
  • +1
    Будущее разворачивается на моих глазах — глазам не верится.
    • 0
      Так же говорили в 1961 году про полёт Гагарина. Да и в любой другой год появлялось что-то, что вызывало подобные мысли и чувства.
  • 0
    Ставки — через какое время вывести что-нибудь на низкую орбиту будет стоить меньше $5000 включая устройства для изготовления и материалы?
    • 0
      Ставлю на 10 лет. Коньяк.
  • 0
    Трындец наступит тогда, когда 3D принтеры нучится печать 3D принтеры.
    • 0
      … а и еще, когда подтянется ИИ.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.