Revêtement avancé et dépôt additif pour scellement économique des canaux de refroidissement dans buses de fusée

Les moteurs-fusées liquides à grande échelle et à faible coût avec des buses à refroidissement régénératif permettront un accès fiable et à coût réduit à l'espace. Le fluide de refroidissement contenu sous haute pression circule à travers un banc de canaux dans la buse pour refroidir correctement les parois de la buse afin de résister aux hautes températures et prévenir la défaillance. Il a été difficile de fabriquer et de fermer les canaux complexes de la buse de manière abordable.

NASA Marshall a développé une technologie de fabrication additive robuste et simplifiée pour construire la veste externe du revêtement de la buse afin de fermer les canaux à l'intérieur et de contenir le fluide de refroidissement sous haute pression. La capacité Laser Wire Direct Closeout (LWDC) réduit le temps de fabrication de la buse et permet une inspection en temps réel pendant la construction.

La technologie LWDC permet une buse à paroi cannelée améliorée avec une doublure externe fusionnée à la doublure interne pour contenir le fluide de refroidissement. Elle s'appuie sur des techniques de revêtement à grande échelle utilisées depuis de nombreuses années dans l'industrie pétrolière et gazière et dans l'industrie de la réparation pour les composants aérospatiaux. LWDC exploite le dépôt laser filaire à forme libre pour créer des caractéristiques en place et sceller les canaux de refroidissement. Elle permet des composants bimétalliques tels qu'un revêtement interne en cuivre avec une veste en superalliage.

LWDC commence lorsqu'un revêtement fabriqué à partir d'un matériau est revêtu d'un matériau intermédiaire qui établit la structure de base pour le rainurage des canaux. Un système de soudage additif filaire robotisé à forme libre crée une coque à forme libre sur l'extérieur du revêtement. En partant de la base, la tête de soudage rotative enroule un cordon de fil, fermant les canaux de refroidissement pendant que le laser parcourt circonférentiellement autour du revêtement rainuré. Cela crée une jointure à l'interface des deux matériaux qui est fiable et reproductible. Le processus LWDC fil et laser est poursuivi pour chaque couche jusqu'à ce que le revêtement rainuré soit entièrement fermé sans avoir besoin de remplissage interne aux canaux de refroidissement.

Une variation permet une pièce bimétallique (cuivre/super-alliage, par ex.) pour optimiser le matériau là où il est nécessaire. Le processus de fabrication a été démontré sur une série de différents alliages. En tests à feu réel, les pièces ont été exposées à des températures et conditions de pression extrêmes de la chambre de combustion pendant 1 000+ secondes. L'examen micrographique de l'article testé à feu réel a vérifié que les joints de fermeture des canaux de refroidissement sont fiables et qu'il y a très peu de déformation des canaux de refroidissement.

La NASA recherche activement des licenciés pour commercialiser cette technologie. Veuillez contacter le concierge des licences de la NASA à cette adresse email protégée ou appelez au 202-358-7432 pour initier des discussions de licence. Suivez ce lien pour plus d'informations.