모넬 K-500을 사용한 차세대 로켓 엔진 열 관리

초기 가스 덕트 설계는 나선형 채널과 유량 분배판을 통합하여 강력한 출발점을 제공했습니다. Conflux는 동일한 열 교환에 대해 더 낮은 압력 강하로 현재 표준보다 더 높은 효율을 제공할 수 있는 기회를 발견했습니다.

Conflux의 향상된 설계는 이전의 나선형 채널 시스템을 대체한 맞춤형 통합 열교환기 장치로, 헬륨 압력 강하를 현저히 낮추는 동시에 덕트 벽을 더 얇게 만들어 어셈블리의 전체 무게를 줄였습니다.

 

 

모넬 K-500이란?

모넬 K-500은 모넬 400의 우수한 내식성과 더 높은 강도와 경도를 결합한 니켈-구리 합금입니다. 이는 알루미늄과 티타늄을 추가하여 달성되었습니다.

이 합금은 극한의 조건에서도 구조적 무결성을 유지하는 능력으로 인해 우주 탐사를 비롯한 다양한 산업 분야에서 높은 가치를 인정받고 있습니다.

 

부식에 대한 탁월한 내성, 높은 강도 및 내구성으로 열악한 환경에 노출되는 항공우주 부품에 이상적인 소재입니다.

모넬 K-500의 다목적성과 신뢰성은 엄격한 항공 우주 애플리케이션 요구 사항을 충족하여 우주 임무의 성공과 안전에 기여합니다.

적층 제조에서 모넬 K-500 사용의 과제

고강도 내식성 니켈-구리 합금인 모넬 K-500을 열교환기에 적합한 소재로 도입하면서 Conflux는 몇 가지 중요한 난관에 부딪혔습니다. 초기에는 불충분한 소재 특성화 데이터와 미세 균열 및 다공성 같은 인쇄 결함 해결이 주요 과제였습니다.

 

이를 극복하기 위해 Conflux는 광범위한 현미경 및 CT 스캔 분석을 수행하여 인쇄 매개변수를 개선하고 미세 균열을 제거했습니다. 여러 번의 반복적인 프린팅, 테스트 및 파라미터 조정을 통해 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 기술을 개발했습니다.

모넬 K-500의 열처리 및 얇은 벽 형상의 가공

모넬 K-500의 열처리는 특히 열교환기 설계에 중요한 얇은 벽 형상의 경우 상당한 어려움을 겪었습니다. 이를 해결하기 위해 콘플럭스는 특수 열처리 공정을 개발하고 검증했습니다. 이러한 공정을 통해 왜곡 없이 최적의 기계적 특성을 보장했습니다.

또한 항공우주 부품에 요구되는 엄격한 공차를 충족하기 위해 혁신적인 가공 기술을 구현했습니다.

 

열교환기에 모넬 K-500을 성공적으로 구현하여 우수한 열 및 구조적 성능을 제공했습니다. 이 프로젝트는 5가지 주요 이점을 보여주었습니다:

 

1. 모넬 K-500으로 열 성능 향상

   최종 열교환기 설계는 RFA의 목표 헬륨 배출구 온도를 충족하고 초과하여 초기 열 성능 기대치를 뛰어넘었습니다.

2. 압력 강하 감소로 효율성 향상

   모넬 K-500 설계는 기존 나선형 와인드 구성에 비해 압력 손실을 크게 줄였습니다. 이를 통해 전반적인 에너지 효율이 향상되고 다운스트림 로켓 엔진 부품의 기계적 스트레스가 감소했습니다.

3. 항공우주 분야의 적층 제조 혁신
   

   이 프로젝트는 적층 제조 환경에서 모넬 K-500을 적용하여 성능과 제조 가능성을 모두 달성함으로써 항공 우주 열교환기의 새로운 표준을 제시합니다.

4. 모넬 K-500을 통한 검증된 AM 공정 전문성
   

   이 프로그램을 통해 반복 가능한 고성능 적층 제조 부품을 제공하는 데 중요한 요소인 재료 파라미터 개발, 열 후처리 및 정밀 가공 분야에서 Conflux의 역량을 확인할 수 있었습니다.

5. 대규모 항공우주 시스템을 위한 확장 가능한 설계 방법론
   

   검증된 제조 및 설계 프로세스는 이제 대규모 로켓 엔진 및 기타 첨단 항공 우주 시스템으로 이전할 수 있어 적층 제조 애플리케이션에서 Monel K-500을 더 광범위하게 채택할 수 있습니다.