面向SLM工艺的3D打印火箭发动机结构设计

这款火箭发动机的结构设计完全围绕选区激光熔化金属3D打印工艺特性展开，从核心流道构型到外部支撑肋条的布局，都充分考虑了金属粉末熔融成型过程中的应力释放、支撑去除可行性以及成型精度控制要求，没有沿用传统机加工、焊接工艺下的分体式拼接结构，整体采用一体化成型思路，减少了传统制造中多零件装配带来的密封风险与连接结构重量冗余。从实际应用场景来看，这类结构主要适配小型探空火箭、高校航天试验项目以及低成本商业航天的小推力验证场景，不需要承受大推力运载火箭主发动机的极端工况，但对结构轻量化、成型周期、迭代改型的效率有较高要求，刚好匹配金属3D打印小批量快速制造的特性。在功能特性设计上，核心推力室部分采用了再生冷却流道的一体化构型，流道沿燃烧室壁面螺旋分布，不需要后续焊接夹层，避免了传统夹层结构在高温高压下的焊缝泄漏问题；外部的纵向肋条一方面作为打印过程中的自支撑结构，减少额外支撑材料的使用，降低后处理打磨的工作量，另一方面在发动机工作时可以起到辅助散热、提升结构径向刚度的作用，避免燃烧室在高温高压下出现鼓胀变形。设计过程中特意对所有转角位置做了圆角过渡处理，既避免了SLM成型过程中尖角位置的应力集中导致打印开裂，也减少了工作过程中热应力集中带来的结构失效风险；喷管的扩张段型面按照特征推力下的气流膨胀特性做了连续曲面优化，没有出现截面突变，保证气流在喷管内的膨胀效率，减少推力损失。从安装边界来看，发动机上端的连接法兰预留了标准的紧固件安装孔位，可以直接对接常用的小型推进剂供应管路接口，不需要额外设计转接结构；整体外形的最大径向尺寸控制在适配小型火箭箭体直径的范围内，安装时不需要对箭体内部结构做额外裁切，轴向长度也匹配小型火箭动力舱的常规安装空间，外部肋条的凸起高度经过严格控制，不会超出箭体内壁的安装边界，同时预留了传感器安装的平面位置，可以直接固定压力、温度传感器用于试验过程中的参数采集。设计时还考虑了打印完成后的后处理工艺性，所有内流道的截面尺寸都满足粉末清理的要求，不会出现封闭空腔残留金属粉末的问题，外部支撑结构都设计在易打磨的外表面，不需要对内部流道做复杂的后处理加工，大幅缩短了从打印完成到点火试验的准备周期。