Fortschrittliche Beschichtung und additives Aufbringen für kosteneffektive Kühlkanal-Abdichtung in Raketendüsen

Kostengünstige, großflächige Flüssigraketentriebwerke mit regenerativ gekühlten Düsen werden zuverlässigen und kostengünstigen Zugang zum Weltraum ermöglichen. Unter hohem Druck zirkulierendes Kühlmittel strömt durch einen Kanalverbund innerhalb der Düse, um die Düsenwände ordnungsgemäß zu kühlen, um hohen Temperaturen standzuhalten und Versagen zu verhindern. Es war eine Herausforderung, die komplexen Düsenkanäle kostengünstig herzustellen und abzudichten.

NASA Marshall entwickelte eine robuste und vereinfachte additive Fertigungstechnologie, um den äußeren Düsenmantel zu bauen, der die Kanäle innerhalb abschließt und das Hochdruckkühlmittel enthält. Die Laser Wire Direct Closeout (LWDC) Fähigkeit reduziert die Fertigungszeit der Düse und ermöglicht Echtzeitinspektion während des Baus.

LWDC-Technologie ermöglicht einen verbesserten Kanalwanddüsen mit einem äußeren Liner, der mit dem inneren Liner verschmolzen ist, um das Kühlmittel zu enthalten. Sie baut auf großflächigen Beschichtungstechniken auf, die seit vielen Jahren in der Öl- und Gasindustrie und in der Reparaturindustrie für Luftfahrtkomponenten verwendet werden. LWDC nutzt drahtbasiertes Freiform-Laserauftragschweißen, um Merkmale an Ort und Stelle zu erzeugen und die Kühlkanäle abzudichten. Es ermöglicht bimettallische Komponenten wie einen inneren Kupferliner mit einem Superlegierungsmantel.

LWDC beginnt, wenn ein gefertigter Liner aus einem Material mit einem Zwischenmaterial beschichtet wird, das die Basisstruktur für das Kanalschlitzen einrichtet. Ein roboter- und drahtbasiertes additives Füge-Schweißsystem erstellt eine Freiformhülle auf der Außenseite des Liners. Vom Fundament aus aufbauend, spult der rotierende Schweißkopf einen Drahtperlen, der die Kühlkanäle schließt, während der Laser um den geschlitzten Liner herumläuft. Dies schafft eine Verbindung an der Grenzfläche der beiden Materialien, die zuverlässig und reproduzierbar ist. Der LWDC-Draht- und Laserprozess wird für jede Schicht fortgesetzt, bis der geschlitzte Liner vollständig abgeschlossen ist, ohne dass Füllmaterial innerhalb der Kühlkanäle benötigt wird.

Eine Variante ermöglicht ein bimettallisches Teil (Kupfer/Superlegierung z.B.), um das Material dort zu optimieren, wo es benötigt wird. Der Fertigungsprozess wurde an einer Reihe verschiedener Legierungen demonstriert. Im Heißlauftest wurden die Teile extremen Brennkammer-Temperaturen und Druckbedingungen für 1.000+ Sekunden ausgesetzt. Mikrographische Untersuchung des heißgefeuerten Testartikels verifizierte, dass die Kühlkanal-Abdichtungsverbindungen zuverlässig sind und dass es sehr wenig Verformung der Kühlkanäle gibt.

Die NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie NASA's Licensing Concierge unter protected@email.com oder rufen Sie an unter 202-358-7432, um Lizenzgespräche zu initiieren. Folgen Sie diesem Link hier für weitere Informationen.