Двигатель с тягой 5 кН (около 500 кг) развил ожидаемую мощность в 20 000 лошадиных сил и успешно прошёл все испытания, включая продолжительный режим работы.
В созданном двигателе в качестве топлива используются жидкий кислород и керосин. Медная камера сгорания оснащена регенеративным охлаждением, а головка инжектора — современным коаксиальным завихрителем для смешивания топлива.
Лин Кайзер, соучредитель LEAP 71, сказал: «Наша компания находится в авангарде новой области — вычислительной инженерии, которая позволяет проектировать сложные машины без ручного труда. Эта парадигма значительно ускоряет процесс внедрения инноваций в реальные объекты. Тот факт, что двигатель Noyron сработал в штатном режиме с первой попытки, подтверждает эффективность этого подхода. Этот метод можно применять в любой области инженерии».
Компания LEAP 71 сотрудничала с ведущей немецкой компанией по 3D-печати металлом AMCM при производстве подруливающего двигателя. Постобработка выполнялась в Шеффилдском университете. Испытание на огнестойкость было проведено в компании Airborne Engineering, Ltd. в Уэсткотте, Великобритания.
Проект
Разработка ракетного двигателя Noyron TKL-5, который был успешно испытан в июне 2024 года, является внутренним проектом LEAP 71, призванным продемонстрировать возможности большой вычислительной модели Noyron.
Этап проектирования двигателя занял менее 2 недель с момента получения окончательных спецификаций до отправки на производство. Создание новых вариантов конструкции занимает менее 15 минут на обычном компьютере. Двигатель была напечатан из медного сплава в AMCM, ведущей немецкой компании по 3D-печати металлом.
Двигатель
В качестве цели был выбран уровень тяги 5 кН (что эквивалентно приблизительно 500 кг). Это относительно компактный двигатель, который подойдет для заключительной ступени орбитальной ракеты.
Двигатель работает на криогенном жидком кислороде и керосине — комбинации, которая используется во многих современных ракетных системах, в том числе в SpaceX Falcon 9 и легендарной лунной ракете «Сатурн-5». Компания LEAP 71 намеренно сделала такой выбор, несмотря на то, что эти виды топлива сложнее в эксплуатации, чем другие, обычно используемые в небольших двигателях.
Двигатель был напечатан из меди (CuCrZr) с помощью металлического 3D-принтера EOS M290. Медь имеет низкую температуру плавления, но позволяет создавать компактные высокопроизводительные двигатели при условии активного охлаждения. В случае отказа системы охлаждения двигатель немедленно расплавится.
В двигателе используются тонкие охлаждающие каналы, которые проходят по периметру камеры сгорания и имеют переменное сечение толщиной до 0,8 мм. Керосин проходит по этим каналам, охлаждая двигатель и предотвращая его расплавление. Затем оба компонента топлива подаются в камеру сгорания. Температура сгорания внутри двигателя составляет около 3000 °C, в то время как температура поверхности двигателя не превышает 250 °C благодаря активному охлаждению. Дополнительное пленочное охлаждение обеспечивается за счет подачи части топлива через крошечные отверстия у стенки камеры сгорания.
Топливо впрыскивается в двигатель с помощью соосной вихревой форсунки. Этот тип форсунки считается наиболее совершенным.
Множество измерительных портов для сбора данных о температуре и давлении позволяют передавать информацию обратно в вычислительную модель Noyron.
Испытание
Тестовый запуск двигателя был проведён в Уэсткотте, Великобритания, на испытательном полигоне компании Airborne Engineering в пятницу, 14 июня 2024 года. Двигатель работал в течение первых 3,5 секунд с соотношением окислителя и топлива 1,8, что ниже номинального значения 2,3. При использовании меньшего количества окислителя двигатель нагревается немного меньше. Убедившись, что двигатель работает исправно и все температуры находятся в ожидаемом диапазоне, двигатель был протестирован в течение полных 12 секунд при номинальном соотношении окислителя и топлива 2,3.
Двигатель работал так, как и ожидалось. Он достиг стационарного режима работы, то есть может работать столько, сколько необходимо. Время работы ограничивалось только подачей топлива на испытательном полигоне.
Последующий анализ
На следующий день двигатель был разобран в Шеффилдском университете, и тщательный осмотр подтвердил, что он не повреждён. Двигатель останется в Великобритании для дальнейших испытаний. Первоначальный анализ данных показал, что перепад давления (сопротивление) в каналах охлаждения был выше, чем предполагалось, из-за фактической шероховатости поверхности 3D-печати. Команда проведёт постобработку существующего двигателя, а логика каналов охлаждения Noyron уже обновлена для улучшения прогнозов и проектирования будущих двигателей.
