モネルK-500を用いた次世代ロケットエンジンの熱管理

最初のガスダクト設計では、スパイラルチャンネルとフローディストリビュータープレートが組み込まれ、強力な出発点となりました。コンフラックスは、同じ熱交換をより低い圧力損失で行うことで、現在の標準よりも高い効率を実現する機会を特定しました。

コンフラックスの強化されたデザインは、従来のスパイラル・チャンネル・システムに代わる、カスタムメイドの一体型熱交換器デバイスであり、その結果、ヘリウムの圧力損失が大幅に低減されるとともに、ダクト壁の薄肉化が可能になり、アセンブリ全体の重量が軽減された。

 

 

モネルK-500とは？

モネルK-500は、モネル400の優れた耐食性と、より高い強度と硬度を兼ね備えたニッケル銅合金です。これはアルミニウムとチタンの添加によって達成される。

この合金は、過酷な条件下でも構造的完全性を維持できることから、宇宙開発を含むさまざまな産業分野で高く評価されている。

 

その卓越した耐食性、高強度、耐久性により、過酷な環境にさらされる航空宇宙部品に理想的な材料となっている。

モネルK-500の汎用性と信頼性は、厳しい航空宇宙用途の要件を確実に満たし、宇宙ミッションの成功と安全に貢献する。

積層造形におけるモネルK-500使用の課題

高強度で耐食性に優れたニッケル銅合金であるモネルK-500を熱交換器の材料として導入することは、コンフラックスにとって大きなハードルとなった。初期の課題の中心は、不十分な材料特性データと、マイクロクラックや気孔などの印刷欠陥への対応でした。

 

これらを克服するため、コンフラックスは印刷パラメーターを改良し、マイクロクラックを除去するために、顕微鏡とCTスキャンによる徹底的な分析を行いました。印刷、テスト、パラメーターの調整を何度も繰り返し、私たちのチームはこれらの問題に対処する新しい技術を開発しました。

モネルK-500の熱処理と薄肉形状の機械加工

モネルK-500の熱処理は、特に熱交換器の設計に重要な薄肉形状の場合、大きな困難を伴いました。これに対処するため、コンフラックスは特殊な熱処理プロセスを開発し、検証しました。これらのプロセスにより、歪みのない最適な機械的特性が確保されました。

さらに、航空宇宙部品に要求される厳しい公差を満たすために、革新的な加工技術が導入された。

 

熱交換器にモネルK-500を採用することで、優れた熱性能と構造性能を実現することに成功しました。このプロジェクトでは、5つの重要な利点が実証されました：

 

1. モネルK-500による熱性能の向上

   最終的な熱交換器の設計は、RFAが目標とするヘリウム出口温度を満たし、当初の熱性能の期待を上回った。

2. 圧力損失の低減による効率の向上

   モネルK-500の設計は、オリジナルのスパイラル巻き構成に比べて圧力損失を大幅に低減しました。これにより、全体的なエネルギー効率が向上し、下流のロケットエンジン部品への機械的ストレスが軽減されました。

3. 航空宇宙における積層造形イノベーション
   

   このプロジェクトは、モネルK-500を積層造形に応用し、性能と製造性の両方を達成することで、航空宇宙熱交換器の新たな基準を打ち立てるものである。

4. モネルK-500でAMプロセスのノウハウを検証
   

   このプログラムにより、コンフラックスの材料パラメーター開発、熱ポストプロセス、精密加工における能力が確認された。

5. 大型航空宇宙システムのためのスケーラブルな設計手法
   

   検証された製造および設計プロセスは、より大規模なロケット・エンジンやその他の高度な航空宇宙システムにも転用できるようになり、AM用途でのモネルK-500の幅広い採用が可能になった。