GKN向空客与赛峰交货3D打印6号火箭喷嘴

日前，GKN航空航天公司宣布已经向法国的空中客车和赛峰集团提供了先进的Ariane 6号火箭喷嘴（SWAN）。

直径为2.5米，喷嘴采用创新技术制造而成，性能更高，交货时间更短，成本更低。通过激光焊接和激光能量沉积工艺对关键结构零部件进行加工，使得喷嘴的零部件数量减少了90％，从约1000个零部件减少到约100个零部件。并且降低了40%的成本，减少了30%的交货时间。

作为欧洲航天局Ariane研究与技术协会（ARTA）计划的一部分，该喷嘴已经在全面安装的发动机喷嘴测试中成功试用。现在，喷嘴将在法国安装到Vulcain 2.1发动机上并随后在德国进行测试。Ariane 6号火箭计划在2020年投入服务使用，这个项目是由欧洲航天局资助的，而GKN是空中客车和赛峰集团的主要合同承包商。进入产业化，GKN航空航天公司将在瑞典Trollh?ttan的一个新的高度自动化的制造中心生产喷嘴，这个生产中心计划于2018年开放。GKN航空航天事业部一共将为每个Ariane 6号火箭提供五个复杂的子系统，包括发动机的涡轮机组件，以及氢气和氧气燃料系统发电装置内的组件。事实上，瑞典Trollh?ttan的GKN航空航天公司的空间业务部门自1974年成立以来一直活跃在Ariane计划中，迄今为止已经为Ariane火箭提供了超过1,000个燃烧室和喷嘴以及超过250台涡轮机。而这家制造厂与时俱进，现在成为欧洲涡轮机和金属喷嘴的卓越中心，通过与学术界的合作开展产业化生产的探索，为增材制造走向产业化的初步研究和开发的每一个阶段做出贡献。GKN Trollh?tten增材制造卓越中心所拥有的电子束金属丝融化焊接技术主要用于制造大型GKN航空发动机零部件以及航天零部件。而GKN Trollh?tten中心的送粉激光粉末沉积技术主要应用于钛合金和镍基合金零部件的修复。据了解，空中客车和赛峰集团的结盟一大理由是为了对抗SpaceX带来的竞争压力。
SpaceX于2013年就成功通过EOS金属3D打印机制造SuperDraco火箭发动机引擎室，使用了镍铬高温合金材料。与传统的发动机制造技术相比，使用增材制造不仅能够显著地缩短火箭发动机的交货期和并降低制造成本，而相比传统制造发动机的成本，而且可以实现“材料的高强度、延展性、抗断裂性和低可变性等”优良属性。这是一种非常复杂的发动机，其中所有的冷却通道、喷油头和节流系统都很难制造。EOS能够打印非常高强度的先进合金,是创造SuperDraco发动机的关键。此外，2017年1月14日SpaceX一扫去年发射塔上火箭爆炸的阴影在加州范登堡空军基地成功发射了一枚猎鹰9号火箭。SpaceX经过后加工处理的3D打印阀体经过广泛的测试程序–包括严格的发动机点火系列、部件级资格测试和材料测试才被纳入猎鹰9号火箭的标准零件。除了SpaceX，Blue Origin紧接着揭示了他们在火箭上所使用的3D打印技术。Blue Origin采用3D打印技术来打印BE-4火箭发动机的壳体、涡轮、喷嘴、转子。BE-4是以液化天然气为燃料的新一代火箭发动机。Blue Origin的Ox Boost Pump增压泵（OBP）设计利用增材制造技术制造出许多关键部件，从单一的3D打印铝件，到镍合金液压涡轮。增材制造方法允许集成复杂的内部流道到设计中，这是难以通过传统制造技术制造出来的。涡轮喷嘴和转子也通过3D打印出来，仅仅需要很小的后期加工就可以满足精度要求。更重要的是，除了Blue Origin新的格伦New Glenn火箭发射器， BE-4火箭发动机还可以被用在火神火箭发射器上，该火箭发射器是由联合发射联盟（ULA）开发的。联合发射联盟是由洛克希德-马丁公司和波音公司合资的，洛克希德-马丁公司和波音公司目前正在权衡是否使用BE-4还是AR-1。除了Blue Origin, 阿拉巴马州Huntsville的Dynetics和加州Sacramento的Aerojet公司正在使用3D打印技术生产发动机主要部件：预燃烧器（pre-burner）。预燃烧器的主要功能是产生热气体以启动火箭发动机的涡轮泵。当然，Blue Origin以及联合发射联盟（ULA），也投身于开发此类技术的行列。