より強力な推力を実現するために、シエラスペースは航空宇宙エンジンにアジャイルスペースの3Dプリント技術を採用しています。

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-11-23 16:47 に最後に編集されました

2023年11月23日、アンタークティックベアは、航空宇宙推進技術の革新企業であるアジャイルスペースインダストリーズが民間航空宇宙企業シエラスペースと提携し、史上最大の航空2成分複合推進ヒドラジンエンジンであるVRM5500-Hを製造していることを知りました。このプロジェクトの重要な点は、建設プロセスで 3D プリント技術を広範に活用したことです。注目すべきは、エンジンの主要コンポーネントである AX19 予燃焼室と推力室は両方とも 3D プリント技術を使用して完全に構築されていることです。

△ VRM5500-Hエンジンのテスト中今回の協力において、Agileは重要な役割を果たし、Sierra SpaceのVRM5500-Hエンジンの設計、開発、製造、テストを担当し、わずか19週間でAX19プリバーナーの納品作業を完了しました。この急速な発展は、宇宙工学における 3D プリント技術の大きな影響を浮き彫りにしています。さらに、プレバーナーの設計は、広いスロットル範囲にわたって効率的な燃焼と安定性を確保することに重点を置いています。プレバーナーは、エンジンの残りの部分に統合される前に、高温の火力を伴うスタンドアロン構成で数回実証されました。

AX19 で使用される一元推進剤ヒドラジンは酸化剤なしで燃焼するため、燃料を豊富に含むプレバーナーを作成する際に独特の設計上の課題が生じます。灯油、メタン、水素エンジンとは異なり、ヒドラジンは部分燃焼を許しません。通常、モノプロペラントの燃焼では、安定性を維持するために大量の特殊な触媒が必要であり、これは高価で資源を大量に消費するプロセスです。同社のエンジニアは巧みな設計により、燃焼の安定性を維持しながら触媒の使用を最小限に抑えました。

まず、ヒドラジンの一部が触媒反応器で分解され、アンモニア、窒素、水素を含む高温の混合物が生成され、これが主燃焼室に供給されます。その後、システムは室内に残っているヒドラジンと少量の酸化剤を完全に燃焼させます。この革新的なアプローチにより、ヒドラジンの熱分解が効果的に達成され、それによってプレバーナーの性能が向上します。

「実際の操作では、特に高流量のヒドラジンを多く含むプレバーナーが開発され、エンジンに適用されたのは公に記録されている中では初めてのことなので、時間は非常に限られていました」とアジャイルの CEO であるクリス・ピアソンは述べています。「プロトタイプは、6:1 スロットル範囲全体で安定した操作と高い燃焼効率を実証しました。」

△2021年、アジャイルは3Dプリント部品サプライヤーのTronix3Dを買収した。
テストと影響

プリバーナーが開発された後、2022年10月にコロラド州デュランゴのAgile Animasテストベンチで独立したテストに成功しました。これらのテストの後、Agile Space はさらなる評価のためにプレバーナーを Sierra Space に引き渡しました。その後、2023年に、VRM5500-Hエンジンは、アラバマ州ハンツビルのレッドストーン兵器廠にある米陸軍DEVCOM（戦闘能力開発司令部）テストベッドでテストされました。

シエラ・スペース社は、新型の5,500ポンド推力のハイパーゴリックロケットエンジンが、あらゆるスロットル位置で効率的かつ安定した燃焼を実証し、さまざまな宇宙用途に対応できることを確認したと述べた。並行して、AX19 プリバーナーは、2023 年第 1 四半期および第 2 四半期に完全な VRM-5500H エンジンとともにスタンドアロンユニットとして正常に動作しています。これらのテストでは、スロットル範囲全体にわたって、プリバーナーの安定した動作とプリバーナーの効果的な動作が確認されました。

このエンジンは、段階的な燃焼プロセスで純粋なヒドラジン燃料と窒素を豊富に含む酸化剤であるMON-3酸化剤を使用するもので、同社の製品ポートフォリオに画期的な追加となることが期待されています。これは、段階的に燃料を燃焼させ、最初にプレバーナーでエンジンの動力を生み出し、次にエンジンの主要部分で推力を生み出すことを意味します。

同社によれば、この効率的な燃料燃焼により、エンジンは真空比推力339秒を超える高性能を発揮できるという。この比推力の数値は、燃料の節約が重要な宇宙空間でエンジンがどれだけ効率的に燃料を使用しているかを示すため重要です。エンジニアたちはまた、推力が全出力で5,500 lbfから900 lbfまでの範囲で、正確な制御と操縦性を可能にする連続スロットルを設計しました。

△シエラスペースのVRM5500-Hエンジンがテスト中
高性能航空宇宙エンジンの研究開発

「この高性能で再利用可能な二液推進剤エンジンは、宇宙推進技術の大きな進歩であり、効率、再利用性、多用途性の新たな基準を確立するものです」と、シエラスペースの CEO であるトムバイス氏は述べています。「このエンジンは、再利用性、保管性、スロットリング、機体重量の軽減が重要な宇宙用途向けに特別に設計されており、着陸機、上段、輸送機、長期ミッションに最適です。」

Sierra Space と Agile のコラボレーションにより、迅速な設計からテストまでのサイクルと高度な 3D 印刷技術を最大限に活用し、わずか 9 か月強でエンジンの設計とテストを完了しました。公開記録によると、この取り組みは、開発者がヒドラジンを多く含むプレバーナーをエンジン内で開発し、使用した初めての事例となる。

△ Sierra Space の「Dream Chaser」スペースプレーンのレンダリングまた、VRM5500-H エンジン開発の注目すべきハイライトは、3D プリント技術の広範な使用です。 AX19 プリバーナーの大部分は 3D プリントを使用して構築されました。さらに、シエラスペースは、エンジンの推力室と予燃焼室の構築に一般的な金属3Dプリンターを使用したことを明らかにした。

3D プリントのこの重要な応用は、現在の製造技術の能力を実証するだけでなく、宇宙推進システムの設計と製造におけるさらなる革新の可能性を浮き彫りにします。 AX19 プリバーナーの成功は、将来の宇宙ミッションに向けた、より効率的でコスト効率が高く、迅速に開発されるコンポーネントへの道を開き、宇宙技術における 3D プリントの変革の可能性を浮き彫りにしています。

より強力な推力を実現するために、シエラスペースは航空宇宙エンジンにアジャイルスペースの3Dプリント技術を採用しています。

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