简介:核热推进 (NTP),尤其是固体核推进,被认为是太空推进技术进步的一个相当显著的例子。与普通化学火箭不同,NTP 系统使用核裂变来加热氢气或其他推进剂,从而实现比化学火箭更好的效率和比冲,使 NTP 系统适合长时间的太空任务。本文详细介绍了固体核 NTP 系统,包括其工程设计,例如核反应堆堆芯、推进剂流动和推进剂排气喷嘴。它解决了 NTP 系统设计中的重要工程问题,例如能够在反应堆内运行的高温材料、辐射屏蔽、氢存储,以及可用于解决每个问题的一些方法。它还包括 NTP 系统的缺点和反驳,例如运输时间和有效载荷容量,特别是在火星、深空和外层空间沉积大质量物体的任务中。最后,本文探讨了现有的努力和进一步研究的目标,重点关注材料、混合推进系统的发展以及与其他国家合作的能力,以加快 NTP 推进进展的速度,并最终将其用于未来的太空探索。
技术产品能力:开发RFC储能系统技术,该技术可以为月面和近表面任务提供持续可靠的电力,在这些传输中,光伏/电池或核选项可能是不可行的;对于月球表面应用,将RFC从TRL3提高到至少TRL5。
增材制造 (AM) 通过提供快速制造能力,彻底改变了液体火箭发动机的部件设计。这为推进行业的开发和飞行计划带来了重大机遇,从而节省了成本和时间,并通过新设计和合金开发提高了性能。一个值得注意的例子是 GRX-810 氧化物弥散强化 (ODS) 合金,它是专门为极端温度而开发的。这种镍钴铬基合金是使用集成计算材料工程 (ICME) 技术创建的,旨在专注于具有出色温度和抗氧化性能的新型材料。GRX-810 合金利用 AM 工艺将纳米级氧化钇颗粒融入其整个微观结构中,从而实现了显着的增强。与传统的镍基高温合金相比,GRX-810 合金的抗拉强度提高了两倍,蠕变性能提高了 1,000 倍,抗氧化性能提高了两倍。 NASA 成功展示了使用 GRX-810 合金通过激光粉末床熔合 (L-PBF) 和激光粉末定向能量沉积 (LP-DED) 工艺开发和制造部件。我们付出了大量努力来建模、评估冶金性能、开发热处理工艺、表征微观结构和确定机械性能。GRX-810 合金专为航空航天应用而设计,包括液体火箭发动机喷射器、预燃器、涡轮机和热段部件,可承受高达 1,100°C 的温度。开发这种合金的目的是缩小传统镍基高温合金和耐火合金之间的温度差距。本文对 GRX-810 合金与其他航空航天合金进行了全面的比较,讨论了其微观结构、机械性能、加工进步、部件开发和热火测试结果。此次研发的最终目标是提升 GRX-810 合金的技术就绪水平 (TRL),使其能够融入 NASA 和商业航空航天应用。
•LP-DED AL6061-RAM2原料规范和验证•LP-DED过程开发和验证•微结构和机械性能表征•热火测试7k-LBF推力类别再生冷却的喷嘴•打印大型再生式示威者NONOUGHESTOR NONOKELES NONUGHESTOR notuke notazzer
•数据库组成的96 x 97均等水平网格和90个垂直级别•数据库存储一个金星日数据以说明昼夜行为•考虑多个太阳能和云反照率方案
铝 6061-RAM2 是一种为增材制造 (AM) 工艺开发的高强度铝原料。这种合金利用了反应增材制造 (RAM) 技术。RAM 铝合金被开发为可焊接(因此可打印),同时强度性能等于或超过高强度锻造铝合金。NASA 和行业合作伙伴开发了激光粉末定向能量沉积 (LP-DED) 增材制造 Al6061-RAM2,用于航空航天应用。工作包括建立构建参数、表征合金、制造组件以及完成复杂内部通道冷却喷嘴的热火测试。这些工作是为了满足对使用高性能轻质材料的大型部件日益增长的需求。两个火箭发动机喷嘴是使用包括整体冷却通道的 LP-DED Al6061-RAM2 制造的。Al6061-RAM2 已完成工艺开发并确定了初始性能。本文概述了 LP-DED 工艺开发、材料特性和性能、组件制造、补充开发和热火测试。本文提供了使用液氧 (LOX)/液氢 (LH2) 和液氧/甲烷 (LCH4) 的着陆器级 31 kN (7,000 lb f ) 推力发动机的热火测试结果。
使用直接的数值模拟统计平面的湍流过滤量,分析了应变速率张量和热功能的耗散速率的成分的统计行为。HESSIAN的压力贡献以及组合的分子扩散和耗散项被发现在对角应变率成分的传输方程中起主要作用,并且具有小karlovitz数量的峰值动能的热能能量耗散速率。相比之下,领先顺序平衡在应变速率,涡度和分子耗散贡献之间保持较大的卡洛维茨数量,类似于非反应的湍流。与分子耗散贡献的幅度相比,压力和密度梯度之间的相关性以及压力梯度之间的相关性和压力HESSIAN在应变速率和耗散速率上弱化,而Karlovitz数量增加。这些行为已经用涡度,压力梯度和与应变率特征的压力HESSIAN特征向量的对齐方式进行了解释。还发现,在较高的karlovitz数字的增加时,还发现术语术语中的术语大小会增加,这是随着karlovitz数量的增加而增加的,这在详细的扩展分析的帮助下进行了解释。此扩展分析还解释了不同燃烧方案动能耗散率的主要顺序贡献。
增材制造 (AM) 提供了新的设计和制造机会,可以降低成本和缩短工期、整合零件并优化性能。正在评估的一项技术是激光粉末定向能量沉积 (LP-DED),与激光粉末床熔合 (L-PBF) 相比,该技术可显著提高规模。NASA 和行业合作伙伴一直在开发 LP-DED 工艺,以展示用于液体火箭发动机通道冷却喷嘴的内部通道几何形状和开发组件。优化液体火箭发动机在极端高压和氢环境中的材料仍然是一项关键挑战。NASA 已经开发出一种名为 NASA HR-1(耐氢 -1)的辅助材料作为使用 AM 技术的解决方案。NASA HR-1 是一种高强度 Fe-Ni 高温合金,旨在抵抗高压、氢环境脆化、氧化和腐蚀。NASA HR-1 满足液体火箭发动机部件的材料要求,包括良好的耐氢性、高导电性、良好的低周疲劳性能以及高热通量环境中部件的高伸长率和强度。除了供应链的进步之外,高密度薄壁材料的材料特性和工艺特性已经完成。NASA 还在 LP-DED NASA HR-1 中完成了几个缩比和全尺寸通道壁喷嘴的制造,并完成了热火测试。这包括改进工艺以生产薄壁和各种通道几何形状,以满足通道壁喷嘴应用的要求。本文将概述 LP-DED 工艺开发、材料特性和特性、组件制造和热火测试。使用液氧 (LOX)/甲烷对着陆器级 7K-lbf 推力室完成了热火测试。除了硬件开发之外,还将介绍热火测试的设计概述和结果,以供未来在 2K-lbf 和 35k-lbf 推力室和大型制造技术演示器上进行测试。
迄今为止,尚无一种普遍接受的或标准的 CUI 涂层测试方法。当前的测试方法在可靠性和复杂性方面存在重大缺陷,并且成本非常高昂。在某些情况下,测试需要 6 个月以上才能获得结果。建议的测试方法简洁、快速,与其他方法不同,它为热应力下的涂层提供了高度的可重复性。加速循环应力测试能够测试涂层在绝缘状态下从环境温度到 700ºF (350ºC) 的间歇性浸泡。市场上的大多数 CUI 环氧涂层都是某种形式的改性酚醛树脂。有些被笼统地归类为“混合或改性环氧”涂层,温度限制为 400-450ºF (200- 225ºC)。真正的混合物可以基于共聚物 IPN 粘合剂系统,也可以称为基于热障颜料的复合材料,其热性能可高达 700ºF (350ºC)。测试协议包含 4 项关键测试,用于确定环氧基 CUI 涂层的使用寿命。一个测试设备/室将使用模拟 CUI 环境结合以下主要测试。