3D打印LEAP 71火箭發(fā)動機完成首次熱火試驗，由AI在幾分鐘內(nèi)完成設(shè)計

2025年8月2日，南極熊獲悉，激光3D打印機制造商Aconity3D成功開發(fā)并測試了一款低溫氣塞式火箭發(fā)動機，并首次通過了熱點火測試。發(fā)動機完全由人工智能(AI)設(shè)計，并使用高性能航空航天銅合金(CuCrZr)以單一整體式組件的形式3D打印而成。

LEAP 71發(fā)動機采用Aconity3D 的 AconityMIDI+ 系統(tǒng)制造，專門針對工業(yè)級激光粉末床熔合 (LPBF) 工藝進行了優(yōu)化，并搭載了 IPG YLR 3000/1000 AM 激光器。清粉工藝由德國專家Solukon完成，關(guān)鍵的熱處理則由弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所 (ILT)進行。英國謝菲爾德大學的 Race 2 太空團隊負責測試前的準備和專家支持。

△低溫氣動尖峰火箭發(fā)動機。圖片來自 Aconity3D。

LEAP 71 和人工智能驅(qū)動的工程設(shè)計

Aconity3D 指出，設(shè)計方法的轉(zhuǎn)變在這一進步中發(fā)揮了重要作用。LEAP 71發(fā)動機完全基于Noyron的概念化完成設(shè)計，Noyron 是由總部位于迪拜的工程公司LEAP 71開發(fā)的大型計算工程 AI 模型。與傳統(tǒng)的迭代和人工驅(qū)動的設(shè)計流程不同，Noyron 僅用幾分鐘就自主生成了 5 kN 的 Kerolox 氣塞式火箭發(fā)動機設(shè)計。

LEAP 71 的方法通過將物理、幾何和性能約束轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行算法，推動了工程技術(shù)的進步，使 AI 能夠探索超越傳統(tǒng)人類直覺的設(shè)計方案。這項創(chuàng)新使 AI 不再僅僅作為工具，而是能夠獨立地充當工程師——無需人工干預(yù)即可創(chuàng)建可用于生產(chǎn)的硬件幾何結(jié)構(gòu)。

△低溫氣動尖峰火箭發(fā)動機。圖片來自 Aconity3D。

Aconity3D 指出，由于氣塞式發(fā)動機采用非常規(guī)的“由內(nèi)而外”結(jié)構(gòu)，因此帶來了巨大的工程挑戰(zhàn)。這種設(shè)計無需使用大型真空噴嘴，從而提高了不同高度的效率，但也帶來了制造和冷卻方面的復(fù)雜性——這些問題一直以來都限制了應(yīng)用。

增材制造演示

LEAP 71 3D打印發(fā)動機集成了一個內(nèi)部再生冷卻通道網(wǎng)絡(luò)，用于循環(huán)液氧 (LOX) 和煤油，從而幫助控制燃燒室內(nèi)的熱量。在通道中，加熱的煤油與氣態(tài)氧結(jié)合并點燃，從而產(chǎn)生推力。

Aconity3D公司表示：“用CuCrZr 制造這種幾何形狀的單個整體組件，同時考慮到內(nèi)部流路和熱負荷，展示了 Aconity3D 先進增材制造系統(tǒng)的功能以及 AI 生成的設(shè)計在實際應(yīng)用中的準備情況。”

繼 5 kN 發(fā)動機測試成功后，目前研發(fā)工作正轉(zhuǎn)向以甲烷和液氧為燃料的 20 kN 版本。雖然仍處于早期階段，但這項工作為將 AI 輔助設(shè)計與先進的增材制造技術(shù)相結(jié)合，為提高火箭推進效率提供了一條潛在的發(fā)展方向。

數(shù)字化工具加速航空航天發(fā)展

Aconity3D 和 LEAP 71的 AI 設(shè)計的增材制造火箭發(fā)動機體現(xiàn)了更廣泛的航空航天趨勢：利用先進的數(shù)字工具加速推進創(chuàng)新。

6月，專注于先進火箭推進的股權(quán)融資初創(chuàng)公司New Frontier Aerospace (NFA)成功完成了“雷神之錘”（Mjölnir）火箭發(fā)動機的一系列熱點火測試。發(fā)動機采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)，采用全流量分級燃燒循環(huán)，是液體火箭推進中最高效的設(shè)計之一。這使得“雷神之錘”非常適合可重復(fù)使用的發(fā)射系統(tǒng)、高超音速飛行器和軌道轉(zhuǎn)移平臺。

今年5月，美國導彈系統(tǒng)承包商CoAspire和人工智能驅(qū)動的3D制造解決方案提供商Divergent Technologies宣布，根據(jù)與美國空軍簽訂的合同，成功設(shè)計、生產(chǎn)并進行了快速適應(yīng)型廉價巡航導彈（RAACM）的飛行測試。該項目從概念到試飛進展迅速，在10周內(nèi)完成了機身、機翼和尾翼的初始交付。隨后進行了地面測試，并在14周內(nèi)成功完成了滿足所有技術(shù)和操作要求的飛行測試。