AEROJET は 3D プリントを使用して航空宇宙エンジンを最適化し、より安価で迅速な宇宙探査を実現します。

AEROJET は 3D プリントを使用して航空宇宙エンジンを最適化し、より安価で迅速な宇宙探査を実現します。
2022年4月9日、アンタークティックベアは、米国の航空宇宙推進システムメーカーであるエアロジェット・ロケットダインが、3Dプリント技術とnTopologyのエンジニアリングソフトウェアを使用して、航空機エンジンと反応制御システム(RCS)の主要コンポーネントを最適化したことを知りました。

△RCS 4スラスターの金型は3Dプリント技術を使用して作られています。 nTopologyからの画像
技術の改良により、エアロジェットの新しい航空エンジン部品は 67% 軽量化され、スラスタの総生産コストは 66% 削減され、より迅速かつ持続可能な月探査が可能になります。

「私たちは過去 10 年間にエンジニアリング ソフトウェアと工業製造で得た経験を活用し、それを 3D 印刷技術と組み合わせて、既存のプロセスを改善し、設計パフォーマンスを大幅に向上させました」と、エアロジェットのミッション アーキテクトである James Horton 氏は述べています。

エアロジェット ロケットダインとその 3D プリント<br /> 同社は20年以上にわたり、ロケットエンジン、ミサイル、戦術防衛システムの設計を改善するために3Dプリントを活用してきた。同社は2017年に、シグマ・ラボのPrintRite3Dソフトウェアを使用し、3DプリントされたプリバーナーをAR1ロケットエンジンに統合することを数回にわたって発表した。

同社はこれに先立ち、RL10ロケットエンジンのアップグレード版を開発し、NASAの高温燃焼試験プログラムに合格したこと、そしてSLSプロジェクトをサポートするためにロサンゼルス工場の大規模な拡張を完了したことを発表した。

最近、Aerojet は 3D Material Technologies の 3D プリント、CNC 加工、MIM 機能を自社の製品製造に統合しました。同社はRS-25エンジンの主要部品の開発に注力しており、最近ではNASAの「SLSプロジェクト」向けに16基の宇宙エンジンを製造する17億9000万ドルの契約を獲得した。

△エアロジェットのエンジニアとRL10C-Xロケットエンジン。 nTopologyからの画像
ロケットエンジン部品の最適化<br /> エアロジェット社はNASAとの提携の一環として、アポロ時代の宇宙計画で残された問題を再設計し、NASAのアルテミス計画のためのオリオン宇宙船推進システムとスペース・ローンチ・システムを開発している。

同社は、飛行中の宇宙船と月着陸船の高度と方向を制御するRCSシステムの主要部品の重量とコストの最適化に取り組んできた。RCSシステムは、宇宙船と月着陸船の周囲に配置された4つのサービスモジュールで構成され、各モジュールには4つのスラスタが搭載されている。

宇宙船の速度、ピッチング、ロールをより適切に制御するために、4 つのスラスタ設定により、それぞれが独立して発射できるようになります。アポロ計画の一環として、NASA は 12 回の有人宇宙飛行をサポートするために 600 台以上のスラスタを発注し、テストと認定を実施しました。スラスタのコストを削減することで、アルテミス計画全体のコストを大幅に削減できる可能性があるため、Aerojet は 3D プリントと nTopology のエンジニアリング ソフトウェアを通じて上記の最適化を実現したいと考えています。

△最適化されたインジェクターブロックの断面。 nTopologyからの画像
ホートン氏は、従来のスラスタ設計に改善の余地があることを発見し、部品の数を減らして構造を簡素化しようと試みました。その後、nTopology モデリング ソフトウェアを使用して、設計の実現可能性を分析し、確認しました。このソフトウェアにより、部品の疲労強度が向上し、応力集中が軽減されます。さらに、ラティススナッパーの厚さなど、スラスターの重要な設計パラメータを制御できるため、部品の重量を軽減できます。

RCS スラスタは、二液推進スラスタの製造に使用される一般的な材料で、インコネル 718 の半分の密度しかないチタン 6Al-4V を使用して、Velo3D Sapphire 金属 3D プリンタで印刷されました。この部品の成功は、従来の製造方法に比べて重量が 5 分の 1、サイズが半分、製造コストが 3 分の 1 の RCS モジュールを開発するという Aerojet の取り組みにおける重要なステップの 1 つです。

ホートン氏はさらにこう付け加えた。「部品点数と労力を削減することで、持続可能な技術ソリューションを実証しました。この製品を宇宙に送り出すのが楽しみです。」


AEROJET、航空宇宙エンジン、nTopology

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