NASA創(chuàng)新的GRCop銅合金被用于3D打印發(fā)射火箭

這一系列銅基合金被稱為格倫研究銅（GRCop），是在美國(guó)國(guó)家航空航天局克利夫蘭格倫研究中心根據(jù)該機(jī)構(gòu)改變游戲規(guī)則的開發(fā)計(jì)劃創(chuàng)建的，旨在用于高性能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。GRCop是銅、鉻和鈮的組合，經(jīng)過優(yōu)化，具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、高抗蠕變性，使其在高溫應(yīng)用中允許更多的應(yīng)力和應(yīng)變，以及良好的低周疲勞，可以防止材料在高于900華氏度時(shí)失效。它們能承受比傳統(tǒng)的銅合金高達(dá)40%的溫度，從而實(shí)現(xiàn)更高性能的部件和可重復(fù)使用性。

GRCop合金的成分組成：

主成分為Cu，后接編號(hào)代表Cr，Nb的成分含量

例如最新一代的GRCop-42：

前言

20世紀(jì)80年代末，美國(guó)國(guó)家航空航天局希望開發(fā)一種能夠承受多次發(fā)射的近地軌道航天器發(fā)動(dòng)機(jī)?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行環(huán)境方面面臨著復(fù)雜的挑戰(zhàn)，包括多次啟動(dòng)和關(guān)閉，這些都會(huì)對(duì)關(guān)鍵部件造成磨損循環(huán)。

起源

大衛(wèi)·埃利斯博士在航天飛機(jī)時(shí)代作為被美國(guó)國(guó)家航空航天局支持的研究生開發(fā)了GRCop合金家族。在他的整個(gè)職業(yè)生涯中，他不斷地使此類合金及其應(yīng)用趨于成熟。

埃利斯解釋道：“當(dāng)時(shí)，航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)襯通常在執(zhí)行一到五次任務(wù)后更換?！薄！岸覀兊难芯勘砻鳎珿RCop-84可以很容易地實(shí)現(xiàn)在維護(hù)服務(wù)和500次發(fā)動(dòng)機(jī)壽命任務(wù)之間執(zhí)行100次任務(wù)的目標(biāo)?！?/span>

發(fā)展

在多年的合金開發(fā)過程中，Ellis和他的團(tuán)隊(duì)參與了多個(gè)項(xiàng)目和計(jì)劃，如NASA的快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)（RAMPT），以推進(jìn)不同版本的GRCop合金。最近的一次迭代名為GRCop-42，使用各種增材制造方法為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造單件和多材料燃燒室以及推力室組件。這些工藝提高了性能，同時(shí)顯著降低了推力室部件的重量和成本。

并且GRCop合金與最新的增材制造方法配合得很好。激光粉末熔融和定向能量沉積等現(xiàn)代制造方法是兩種可用于制造許多航空航天應(yīng)用的GRCop零件的方法

NASA馬歇爾太空飛行中心的首席工程師Paul Gradl說：“像這樣的開發(fā)項(xiàng)目可以推進(jìn)新合金和工藝，供商業(yè)空間、工業(yè)和學(xué)術(shù)界使用?！?/span>

根據(jù)一項(xiàng)可償還的《太空法協(xié)議》，美國(guó)國(guó)家航空航天局向相對(duì)論太空公司提供了技術(shù)專業(yè)知識(shí)，使GRCop-42從開發(fā)階段轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诎l(fā)射Terran 1火箭的飛行準(zhǔn)備產(chǎn)品。相對(duì)論太空公司已經(jīng)表明，這些由GRCop合金增材制造而成的性能更高的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件可以用于未來的月球、火星和其他地方的任務(wù)。