Применение Ansys Additive Suite для моделирования ракетного двигателя

Цель проекта

Аддитивные технологии уже давно используются в космической отрасли. Например, шлемы астронавтов Роберта Бенкена и Дага Херли, участвовавших в запуске ракеты Falcon 9 с космическим кораблем Crew Dragon 30 мая 2020 года, были изготовлены на заказ с использованием технологии 3D-печати. На сегодняшний день 3D-печать используется и для производства отдельных деталей ракет. Основатели компании Relativity Space Тим Эллис и Джордан Ноун решили стать первыми, кто запустил в космос ракету, полностью построенную при помощи технологий аддитивного производства.
Такой космический корабль будет намного стабильнее и прочнее, чем ракета, построенная из десяти тысяч отдельных компонентов. Аддитивное производство значительно упрощает сборку и делает цепь поставок проще и цельнее. Также за счет снятия ограничений геометрии деталей перед конструкторами открываются новые возможности проектирования.
Джордан Ноун отметил, что на производство компонентов для космических кораблей традиционным способом требуется несколько месяцев и миллионы долларов, в то время как Relativity Space может создать новую конструкцию двигателя всего за 18 дней, а ступень ракеты за 30 дней.

Реализация проекта

Первым этапом для реализации проекта инженеры Relativity Space разработали самый большой 3D-принтер в мире. Устройство получилось почти 3 метра в диаметре и 4,5 метра в высоту. Для проектирования конструкторы использовали программное обеспечение Ansys, которое давно зарекомендовало себя как надежное, точное и простое в использовании КАЕ-решение.
После, программное обеспечение Ansys использовалось для создания первого ракетного двигателя Aeon, который произведен исключительно с использованием технологии аддитивного производства. Aeon состоит из никелевого сплава, способен выдерживать колоссальные нагрузки при старте и в самом космосе.
Команда разработчиков использовала в своей работе специализированное программное обеспечение для вычислительной гидрогазодинамики Ansys Fluent. Расчеты проводились для моделирования и оптимизации потоков в двигателе, охлаждающих отверстий и коллектора. За счет этого инженеры сократили общий цикл разработки и снизили затраты на физические испытания.
Для оценки структурных напряжений во время взлета применялся Ansys Mechanical. Это позволило провести сотни виртуальных испытаний, которые в дальнейшем позволили оптимизировать конструкцию и увеличить ее прочность.

Результаты

За счет применения программных продуктов Ansys компания Relativity Space значительно сократила сроки производства конечной конструкции, уменьшила количество рекламаций и материалоёмкости, снизила себестоимость конструкции.
Очевидно, что изготовление огромных деталей из металлических материалов означает огромную стоимость проб и ошибок. Однако с новыми возможностями Ansys Additive Suite, инженерная команда Relativity прогнозирует и устраняет любые области деформации, обеспечивает геометрическую точность, сокращает расход материалов и прогнозирует потенциальные повреждения деталей.