[Перевод] Коммерческая компания испытала напечатанный на 3D-принтере жидкотопливный ракетный двигатель, спроектированный ИИ
LEAP 71, инженерная компания из Дубая, применяющая для расчётов искусственный интеллект (ИИ), объявила об успешном испытательном запуске жидкостного ракетного двигателя, созданного полностью с помощью Noyron — большой вычислительной инженерной модели компании. Двигатель был спроектирован автономно, без участия человека, а затем напечатан в 3D-формате из меди. Ракетная тяга была успешно запущена в горячем режиме на ракетном стенде в Великобритании.
Двигатель с тягой 5 кН (500 кг / 1124 фунт-фут) создал ожидаемую мощность 20 000 лошадиных сил и прошёл все испытания, включая длительный запуск.
Йозефина Лисснер, аэрокосмический инженер и управляющий директор LEAP 71, сказала: «Это важная веха не только для нас, но и для всей отрасли. Теперь мы можем автоматически создавать функциональные ракетные двигатели и сразу переходить к их практической проверке». От окончательной спецификации до изготовления конструкция этого двигателя прошло менее 2 недель. При традиционном проектировании на это ушло бы много месяцев или даже лет. Проектирование каждой следующей итерации двигателя занимает всего несколько минут. Инновации в области космического двигателестроения — дело трудное и дорогостоящее. С помощью нашего подхода мы надеемся сделать космос более доступным для всех».
В качестве топлива в этом двигателе используется криогенный жидкий кислород (LOX) и керосин. Медная камера сгорания имеет регенеративное охлаждение, а головка инжектора оснащена современным коаксиальным завихрителем для смешивания топлива.
Лин Кайзер, соучредитель LEAP 71, сказал: «Наша компания находится на переднем крае новой области вычислительной инженерии, где сложные машины уже можно проектировать без ручного труда. Эта парадигма значительно ускоряет темпы создания инноваций для объектов реального мира. Тот факт, что двигатель от Noyron сработал штатно с первой попытки, подтверждает, что подход работает. Метод можно применять в любой области техники».
При изготовлении двигателя LEAP 71 сотрудничала с ведущей немецкой компанией AMCM, занимающейся 3D-печатью из металла. Затем устройство обработали в Университете Шеффилда и подготовили к испытаниям. Запуск провела компания Airborne Engineering, Ltd. в Уэскотте, Великобритания.
LEAP 71 будет использовать данные, полученные в ходе испытаний, для дальнейшего развития Noyron. Компания сотрудничает с ведущими аэрокосмическими компаниями в США, Европе и Азии по вопросам коммерциализации созданных ракетных двигателей.
О компании LEAP 71
LEAP 71 — это компания, расположенная в Дубае, ОАЭ, основанная аэрокосмическим инженером Йозефиной Лисснер и серийным предпринимателем Лином Кайзером.
Миссия LEAP 71 заключается в радикальном продвижении инженерного прогресса в новой области вычислительной инженерии. Компания использует сложные программные алгоритмы для создания физических изделий. LEAP 71 разработала большую вычислительную инженерную модель Noyron, которая считается самой передовой из существующих.
LEAP 71 работает с клиентами по всему миру, включая США, Корею, Европу и Китай, разрабатывая продукты в самых разных областях — от аэрокосмической промышленности и электромобилей до теплообменников.
LEAP 71 выложил в открытый доступ значительную часть технологического стека, включая PicoGK («павлин»), компактное и надёжное геометрическое ядро, позволяющее создавать очень сложные физические объекты.
Большинство деталей LEAP 71 печатаются на передовых промышленных станках аддитивного производства.
Проект ракетного двигателя
Разработка ракетного двигателя Noyron TKL-5, успешный горячий пуск которого состоялся в июне 2024 года, — это внутренний проект LEAP 71, призванный продемонстрировать возможности большой вычислительной инженерной модели Noyron.
Этап проектирования двигателя занял менее 2 недель от окончательной спецификации до отправки в производство. Генерация новых вариантов конструкции занимает менее 15 минут на обычном компьютере.
LEAP 71 сотрудничает с Университетом Шеффилда (Великобритания) и британской компанией Airborne Engineering, предоставляющей испытательный полигон, для проведения испытаний. Команда Университета Шеффилда, участвующая в программе «Гонка в космос», предоставила множество практических рекомендаций, а также выполнила все этапы обработки и оснащения, необходимые для перемещения двигателя на испытательный стенд. Технический консультант Сэм Роджерс, главный конструктор компании Gravity Industries, давал важные рекомендации на протяжении всего проекта.
Ракетный двигатель
Для LEAP 71 был выбран уровень тяги 5 кН (эквивалентно 500 кг / 1120 фунтов подъёмной массы или 20 000 лошадиных сил). Это относительно компактный двигатель, который подойдёт для последней ступени орбитальной ракеты.
Двигатель работает на криогенном жидком кислороде (LOX) и керосине — комбинации, которая используется во многих современных ракетных системах, включая SpaceX Falcon 9 и старинную лунную ракету Saturn V. LEAP 71 намеренно сделал такой выбор, несмотря на то, что топливо является более сложным в эксплуатации, чем другие, обычно используемые для небольших двигателей.
Двигатель был напечатан из меди (CuCrZr) с помощью металлического принтера EOS M290. Медь имеет низкую температуру плавления, но при активном охлаждении позволяет создавать компактные высокопроизводительные двигатели.
В двигателе используются тонкие охлаждающие каналы, закручивающиеся вокруг рубашки камеры, с переменным поперечным сечением до 0,8 мм. Керосин продавливается через каналы, чтобы охладить двигатель и предотвратить его расплавление. Затем оба топлива впрыскиваются в камеру сгорания. Температура сгорания внутри двигателя составляет около 3000ºC, в то время как поверхность двигателя остаётся ниже 250ºC благодаря активному охлаждению.
Топливо впрыскивается в двигатель с помощью коаксиальной вихревой инжекторной головки. Этот тип инжектора считается самым передовым.
Дополнительное плёночное охлаждение обеспечивается за счёт направления части топлива через крошечные отверстия у стенки камеры сгорания.
Множество измерительных портов для данных о температуре и давлении позволяют вводить информацию в вычислительную модель Noyron.
Испытание
Горячий запуск был проведён в Уэскотте, Великобритания, на испытательном полигоне компании Airborne Engineering в пятницу, 14 июня 2024 года. В течение первых 3,5 секунд двигатель запускался с соотношением окислителя и топлива 1,8, что ниже номинального значения 2,3. Благодаря использованию меньшего количества окислителя двигатель горит чуть менее жарко. Убедившись, что двигатель работает хорошо и все температуры находятся в ожидаемом диапазоне, двигатель был испытан на полный 12-секундный длительный запуск при номинальном соотношении окислителя и топлива 2,3.
Двигатель показал ожидаемые результаты. Он вышел на устойчивый режим, что означает, что он может работать так долго, как это необходимо. Время горения было ограничено только запасом топлива на испытательном полигоне.
Последующий анализ
На следующий день двигатель разобрали в Университете Шеффилда, и тщательный осмотр подтвердил, что он полностью цел. Двигатель останется в Великобритании для будущих испытаний. Первоначальный анализ данных показал, что перепад давления (сопротивление) в каналах охлаждения был выше, чем в модели, что связано с фактической шероховатостью поверхности 3D-печати. Команда займётся постобработкой существующего двигателя, в то время как логика каналов охлаждения Noyron уже обновлена для улучшения прогнозов и дизайна будущих двигателей.
