PermiAM: Test della caratterizzazione delle proprietà del flusso per i motori a razzo
Nel recente pubblicato “PermiAM: caratterizzazione della proprietà del flusso L-PBF prodotto poroso in modo additivo per motori a razzo”, i ricercatori tecnologici di Masten Space Systems e Elementum3D delineano un nuovo processo di produzione additiva per la fusione laser a letto di polvere (L-PBF) che offre risparmi esponenziali nello sviluppo del motore. PermiAM consente la porosità aperta in situ con “materiale completamente denso”.
Pensato per aiutare a creare complessi iniettori per motori a razzo con raffreddamento del viso, PermiAM riduce i tempi di sviluppo e i costi complessivi di produzione. Il team di produzione ha testato tre materiali diversi in 22 motori:
Alluminio A1000-RAM10
Alluminio A1000-RAM10 con anodizzazione dura di tipo III sulla faccia dell’iniettore
Rame puro
I campioni per il progetto includevano cubi di test usando A1000-RAM10, poiché i ricercatori hanno testato la generazione dei pori, insieme a una serie di 30 dischi di prova per valutare il flusso d’aria.
“Un importante successo con queste build iniziali di dischi è stata la capacità di costruire in modo affidabile e ripetutamente anelli di supporto completamente densi attorno a campioni di test di porosità molto varia”, hanno affermato gli autori. “Questo è importante per i modelli con piastra frontale dell’iniettore e offre anche vantaggi oltre alle strutture del motore a razzo a componenti come le pale delle turbine del motore a reazione e i componenti di filtrazione del fluido.
“Un altro obiettivo principale del progetto era fornire un profilo di ingresso affinché il flusso d’aria raggiungesse il mezzo poroso con il minimo disturbo. Ciò ha richiesto una stretta tolleranza tra le estremità delle due sezioni filettate per evitare grandi lacune o disturbi del flusso alla connessione. “
I portacampioni sono stati fabbricati durante questi esperimenti di stampa 3D con la resina dura di Formlabs usando una stampante Formlabs Form 2 SLA. In definitiva, l’analisi della ricerca ha dimostrato che il progetto “dovrebbe funzionare senza errori”. I test sono stati complessi per questo studio e una delle valutazioni più importanti per i ricercatori è stata quella di mettere sotto pressione PermiAM in condizioni di motore a razzo. Ciò ha richiesto la cottura a caldo con un banco di prova a singolo elemento per la convalida del materiale.
Banco di prova per fuoco caldo a singolo elemento di spinta Masten 100 lbf
“Originariamente sviluppato per testare singoli elementi coassiali per camere di spinta OX / metano a spinta da 25.000 lbf, il banco prova funziona a una pressione della camera fino a 5,86 MPa (850 psi) e genera una spinta fino a 445 N (100 lbf). In condizioni di funzionamento nominali, le temperature della faccia dell’iniettore non superavano i 50 ° C e spesso rimanevano al di sotto dei 10 ° C “, hanno concluso i ricercatori.
“In condizioni di funzionamento nominali, le temperature della faccia dell’iniettore non superavano i 50 ° C e spesso rimanevano al di sotto dei 10 ° C. Gli iniettori sopravvissero anche a pressioni della camera superiori a 5,52 MPa (800 psig). Questa prestazione dimostra che PermiAM è tecnicamente fattibile per l’uso negli iniettori; questo ha applicazioni sia per la NASA che per usi commerciali. “
Cubo A-791-7 utilizzando la prima strategia tentata. 74,7% di densità relativa e 13,2% di porosità aperta. (sinistra). Cubo A-800-38 che utilizza una seconda strategia, che produce una canalizzazione stretta attraverso la parte. 88,3% di densità relativa e 5,4% di porosità aperta. (centro). Cubo A-805-15 che utilizza la terza strategia, che produce una canalizzazione più tortuosa attraverso la parte. Densità relativa del 76,5% e porosità aperta del 17,2%. (giusto) 
