Grâce à des essais à feu chaud au Marshall Space Flight Center de la NASA, les ingénieurs ont mis cette buse à l'épreuve, cumulant plus de 1, 040 secondes à des pressions et températures élevées de la chambre de combustion. Maintenant, cette technologie fait l'objet d'une licence et est envisagée dans des applications commerciales dans l'ensemble de l'industrie. Crédit :NASA/MSFC/David Olive
Les tuyères des moteurs-fusées fonctionnent à des températures et des pressions extrêmes dues au processus de combustion et sont complexes et coûteuses à fabriquer. C'est pourquoi une équipe d'ingénieurs du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, développé et éprouvé une nouvelle technique de fabrication additive pour la fabrication de buses qui peut réduire considérablement les coûts et le temps de développement.
Un nouveau processus appelé Laser Wire Direct Closeout (LWDC) a été développé et avancé à la NASA pour construire une buse moins chère en beaucoup moins de temps. LWDC est un processus différent de la plupart des technologies d'impression 3D, qui sont à base de poudre et fabriqués en couches. Il utilise un processus de dépôt de fil d'énergie dirigé librement pour fabriquer le matériau en place. Cette nouvelle technologie brevetée par la NASA a le potentiel de réduire le temps de construction de plusieurs mois à plusieurs semaines.
« La NASA s'est engagée à revitaliser et à transformer ses technologies de fabrication déjà très avancées pour les moteurs de fusée, " a déclaré Preston Jones, directeur de la direction de l'ingénierie chez Marshall. "Ce qui rend ce projet de développement encore plus unique, c'est qu'il y avait trois état de l'art, technologies de fabrication avancées utilisées ensemble pour construire une meilleure tuyère et le prouver par des tests à feu chaud - un exemple de la raison pour laquelle Marshall continue d'être un leader mondial dans la fabrication de technologies de propulsion. »
Les buses peuvent sembler simples de l'extérieur, mais ils sont très complexes. La nouvelle méthode LWDC utilise un processus de fabrication additive à base de fil pour fermer avec précision les canaux de refroidissement des buses, qui contiennent le fluide caloporteur haute pression qui protège les parois des températures élevées auxquelles une buse doit résister.
Des ingénieurs du département de propulsion du Marshall Space Flight Center de la NASA examinent des buses fabriquées à l'aide d'un processus de dépôt de fil d'énergie dirigé librement. De gauche à droite, Paul Gradl, Will Brandsmeier, Ian Johnston et Sandy Greene, avec les buses, qui ont été construits à l'aide d'une technologie brevetée par la NASA qui a le potentiel de réduire le temps de construction de plusieurs mois à plusieurs semaines. Crédit :NASA/MSFC/Emmett
Les buses sont refroidies activement, ou refroidi par régénération, ce qui signifie que le propulseur utilisé ultérieurement dans le cycle de combustion est acheminé à travers la buse pour refroidir correctement les parois afin qu'elles ne surchauffent pas. Pour refroidir par régénération les buses, une série de canaux sont fabriqués à l'intérieur de la buse, mais alors doit être fermé, ou scellé, pour contenir le liquide de refroidissement haute pression. Le nouveau procédé breveté utilisant la technologie LWDC obture les canaux de refroidissement et forme une chemise de support en place, réagissant aux charges structurelles pendant le fonctionnement du moteur.
"Notre motivation derrière cette technologie était de développer un processus robuste qui élimine plusieurs étapes du processus de fabrication traditionnel, " a déclaré Paul Gradl, un ingénieur principal en propulsion dans la branche de développement et de technologie des composants de moteur de Marshall. Gradl a consacré toute sa carrière aux tuyères de fusée et aux chambres de combustion, comme celui-ci développé et breveté chez Marshall. "Le processus de fabrication est encore compliqué par le fait que la paroi chaude de la buse n'a que l'épaisseur de quelques feuilles de papier et doit résister à des températures et des contraintes élevées pendant le fonctionnement."
Après que Marshall a co-développé et breveté le procédé LWDC, Keystone Synergistic de Port St. Lucie, Floride, utilisé la technologie pour fabriquer et tester une buse. Grâce à des essais à feu chaud chez Marshall, les ingénieurs ont mis cette buse à l'épreuve, cumulant plus de 1, 040 secondes à des pressions et températures élevées de la chambre de combustion. Maintenant, cette technologie est concédée sous licence et envisagée dans des applications commerciales dans l'ensemble de l'industrie.
La deuxième technologie testée dans le cadre de cette campagne était un processus de broyage au jet d'eau abrasif pour former les canaux de refroidissement avancés par Ormond, LLC d'Auburn, Washington, tandis qu'une autre technologie développée était une technologie de dépôt à l'arc pour fabriquer de manière additive le revêtement de forme quasi nette qui contiendrait les canaux fraisés au jet d'eau. Les trois technologies ont été développées dans le cadre du programme Small Business Innovation Research de la NASA, travailler à réunir l'agence avec ses partenaires de l'industrie pour faire progresser la fabrication. Avec de tels projets, Marshall encourage les petites entreprises à maximiser le retour sur investissement américain dans la technologie et l'exploration spatiales.
"L'une des choses qui m'enthousiasme est de faire progresser et de prouver de nouvelles technologies pour notre application avec des partenaires de l'industrie qu'une entreprise spatiale privée peut ensuite utiliser dans le cadre de sa chaîne d'approvisionnement, " a déclaré Gradl. " C'était l'objectif derrière une partie de cela - nous avons formulé le concept, travaillé avec des fournisseurs externes, et maintenant nous nous associons pour infuser cette nouvelle technologie dans l'ensemble de l'industrie afin d'améliorer la fabrication de pointe. »
