「スカイ」のテスト走行、華樹がロケットエンジンの大きな革新を実現

出典: ファースーンハイテック

2022年3月25日、Antarctic Bearは、我が国の民間航空宇宙企業Galaxy Powerの50トン液体酸素/灯油エンジンの初のフルシステムテスト実行が完全に成功したことを知りました。これは「スカイ」エンジンの初のフルシステムテストです。このテストの成功は、我が国の民間商業航空宇宙分野で最大の推力を持つ液体酸素/ケロシンエンジンが正式にエンジニアリング開発段階に入ったことを意味します。

「スカイ」50トン再使用型液体酸素/ケロシンエンジンは、ピントル噴射技術を採用した中国初の大推力液体ロケットエンジンです。大きな可変推力能力を備え、200～300トンの液体ロケットの垂直回収に最適です。そのうち、エンジンのタービンポンプ、液体酸素灯油メインバルブハウジング、その他多くの部品は、ファルコンテックがファルスーン社の金属3Dプリントソリューションを使用して製造しました。

「Sky」再利用可能な液体酸素/灯油エンジン (出典: Galaxy Power、FalconTech)
このシステム全体のテスト実行の目的は、エンジンの始動と停止のタイミング、システムと構造スキームの実現可能性、およびさまざまなコンポーネントの動作の調整を確認することです。試験運転中、エンジンは所定の手順に従って始動し、点火、始動、シフトは正常で、すべてのコンポーネントは正常に動作し、燃焼は安定しており、ノズル出口の炎は明るく、主要なパラメータは調整された計算値と一致し、手順に従ってシャットダウンされました。テスト後、製品は完成し、テストは完全に成功しました。

独自のカスタマイズされた金属3Dプリントプロセスを開発
2019年7月、FalconTechはGalaxy Powerと連絡を取り、9月に合計30個以上のさまざまなサイズの部品を携えて正式にプロジェクトを引き継ぎました。この一連の部品の設計および製造プロセスでは、Farsoon High-Tech の金属 3D プリントソリューションが使用され、すべての部品の納品が 4 か月で完了しました。この期間中、FalconTech チームは、ロケットエンジン部品のレーザービーム溶接、インペラとシャフトの 5 軸加工、動的バランス実験、陽極酸化処理、Farsoon High-Tech のオープンソース金属 3D 印刷装置による空気圧および油圧テスト用の専用カスタマイズテストツールを複数セット開発しました。 Galaxy Power とのこのコラボレーションは、ロケットエンジン部品の積層造形の開発における大胆な進歩です。

ファルコン金属積層造形スーパーファクトリー画像提供: ファルコンテクノロジー「スカイ」液体酸素/ケロシンエンジンは、ギャラクシーパワー社の「竹神星-1」再使用型液体酸素/ケロシンロケットの第1段（並列7基）と第2段（1基）の主動力ユニットとして機能します。これは、新型の多重始動可変推力ガスジェネレータサイクル液体ロケットエンジンです。各エンジンの定格推力は海面で 50 トン (第 1 段には 1 つの「エンジン停止」機能があります)、最小動作海面推力は 10 トンです。可変推力で動作する場合、ブースター段の垂直降下と軟着陸回復の要件を満たすことができます。エンジンは、複数回の再利用と障害検出および分離の機能を備えています。各エンジンは 50 回再利用でき、±6° の旋回能力を持ち、エンジン推力重量比は 120 を超えます。

エンジン動作アニメーション（出典：3Dプリント技術参考）
エンジンは開発が正式に開始されて以来、すべてのコアコンポーネントの地上テストと製品の出荷を完了し、ガスジェネレータ液体フローテスト、ガスジェネレータ押し出し加熱テスト、タービンポンプ油圧テスト、ピントルインジェクターテスト、ポンプ燃料ジョイントテスト、フルサイズスラストチャンバー液体フローテストなどのコンポーネントの地上テストを順次完了しました。各コンポーネントの動作調整を評価し、コアコンポーネントの動作特性を取得し、エンジンの起動と停止のタイミングを検証することに成功しました。これらは、エンジンシステム全体の地上ホットテストを成功裏に完了するための強固な基礎を築きました。

タービンポンプ水試験片組み立て完了（出典：3Dプリント技術参考）
3Dプリントソリューションは製造サイクルを80%短縮します
高推力液体ロケットエンジンの推力室は、通常、再生冷却を使用して燃焼室の熱保護を行います。製造プロセスは非常に繊細で複雑であり、製造プロセス全体には通常数か月かかります。製造プロセスで少しでもミスがあると、推力室全体が廃棄される可能性があります。そのため、推力室のコストも非常に高くなります。

タービンポンプのインペラと渦巻きの設計開始時には、それぞれ単純な表面加工ソリューションと複雑な表面の 3D プリントソリューションが設計されました。後者は前者よりも約 5% 効率的です。さらに、タービンディスクも機械加工と3Dプリントの2つの成形方法を採用しています。機械加工には20〜25日かかりますが、3Dプリントには3〜4日しかかからないため、製造サイクルが80％短縮され、生産コストが削減されます。

ギャラクシーパワー社は、この技術を利用して、自社製品をより軽量で、より少ない数で、より強く、より信頼性の高いものにしたいと考えている。今後、ギャラクシーパワーは、「スカイ」液体酸素/灯油ロケットエンジンや「バウンダリー」軌道・姿勢制御などの複雑なシステムに、さらに多くの 3D プリント技術を活用する予定です。

積層造形の産業化を共同で加速させる新たな旅を始める<br /> FalconTech は、航空宇宙、医療機器、海洋などの産業向けの高品質部品の研究、開発、生産、販売に注力しており、積層造形分野で COMAC、中国航空工業集団、AECC、CASIC、CASIC などの大企業のパートナーとなっています。また、エアバス、サフラン、ロールスロイス、GKN、GE などの大手国際企業とも広範な協力関係を築いています。ファルコンテックは設立以来、4万点近くの部品の加工製造を完了し、国家各省庁および江蘇省の10件以上の科学技術プロジェクトを引き受け、参加し、20件以上の特許を保有し、8件の積層造形関連の業界標準の策定に組織および参加し、20件以上の積層造形関連の企業標準を策定しました。豊富な積層造形技術と経験の蓄積を持ち、CAAC耐空性認証を満たすチタン合金粉末と3Dプリントチタン合金航空部品を量産できる国内有数の企業です。

ファルコンテックは2019年に協力を開始して以来、ファルソンテクノロジーから400mm以上の中型・大型金属積層造形装置の導入を年々拡大しており、産業用加工サービス能力も向上し続けている。 2022年、双方からの新規バッチ設備の注文が履行され、最近、新型FS621M設備2台の最初のバッチが到着しました。両者は共同で積層造形の産業化を加速するという新たな旅に乗り出し、FalconTechの超大型部品加工能力は引き続き向上していきます。ファルコンテックは、ファルスーンの「オープンソース」プラットフォームを基盤として、表面粗さ制御などの問題を克服し、プロセス開発の主導権を獲得しました。ファルスーンの迅速な対応の専門サービスは、ファルコンテックの大量生産を守りました。今後3年間で、ファルコンテックの金属付加製造スーパーファクトリーは、100台以上のデバイスの生産能力を備え、フルセットの3Dプリントソリューションを提供する大手産業企業になる予定です。

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