Le fabricant américain de systèmes de propulsion Aerojet Rocketdyne a optimisé un composant clé de son propulseur quadruple RCS (Reaction Control System) en utilisant la fabrication additive et le logiciel d’ingénierie de nTopology.

La nouvelle pièce de moteur spatial d’Aerojet Rocketdyne est désormais 67 % plus légère tout en réduisant le coût de production global du propulseur de 66 % pour permettre une exploration lunaire plus rapide et plus durable.

« Si nous tirons parti des avantages que nous avons obtenus au cours de la dernière décennie en matière de logiciels d’ingénierie et de matériel de fabrication, nous pouvons construire des sous-systèmes critiques à des fractions du coût traditionnel tout en améliorant les performances des conceptions héritées », a déclaré James Horton, architecte de mission chez Aerojet Rocketdyne. .

La conception de l’héritage du module quadruple propulseur RCS par rapport à l’ère moderne. Image via nTopologie.

Aerojet Rocketdyne et impression 3D

Aerojet Rocketdyne travaille sur l’intégration de l’impression 3D dans le processus de production de ses moteurs de fusée, missiles et systèmes de défense tactique depuis plus de deux décennies. En 2017, la société a renouvelé son engagement à utiliser le logiciel PrintRite3D de Sigma Labs et a également intégré un pré-brûleur imprimé en 3D dans son moteur-fusée AR1 qui a ensuite été testé avec succès au feu à chaud.

Plus récemment, Aerojet Rocketdyne a intégré les capacités d’impression 3D, d’usinage CNC et MIM de 3D Material Technologies dans son portefeuille. L’entreprise a utilisé ses capacités pour fabriquer des pièces critiques pour le moteur RS-25 et a également reçu un contrat de 1,79 milliard de dollars pour créer 18 des systèmes du « projet SLS » de la NASA.

L’année dernière, la société a annoncé qu’une version améliorée de son moteur-fusée RL10 avait passé avec succès les procédures d’essai à chaud de la NASA, et a ensuite achevé une expansion majeure de son installation de Los Angeles afin de soutenir le projet SLS.

Un ingénieur d'Aerojet Rocketdyne préparant le moteur-fusée RL10C-X.
Un ingénieur d’Aerojet Rocketdyne préparant le moteur-fusée RL10C-X de la société.

Optimisation des composants du moteur-fusée

Dans le cadre de son travail avec la NASA, Aerojet Rocketdyne redéfinit les systèmes hérités du programme spatial de l’ère Apollo en développant le système de propulsion du vaisseau spatial Orion et du système de lancement spatial pour le programme Artemis de la NASA.

L’entreprise s’est efforcée d’optimiser le poids et le coût des composants clés du système RCS, qui contrôle l’altitude et l’orientation du vaisseau spatial et de l’atterrisseur lunaire lorsqu’ils sont en vol. Le système est composé de quatre modules de service placés autour du vaisseau spatial et de l’atterrisseur lunaire qui comportent chacun quatre propulseurs.

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La configuration à quatre propulseurs permet à chacun de tirer indépendamment afin de mieux contrôler la vitesse, le tangage et le roulis du vaisseau spatial. Dans le cadre de son programme Apollo, la NASA a commandé la fabrication de plus de 600 propulseurs pour prendre en charge 12 vols spatiaux habités, les tests et la qualification. La réduction du coût des propulseurs pourrait réduire considérablement le coût total du programme Artemis. Aerojet Rocketdyne a donc cherché à optimiser les composants avec la fabrication additive et le logiciel d’ingénierie de nTopology.

Horton et son équipe ont identifié plusieurs opportunités d’amélioration dans la conception héritée du propulseur et ont cherché à réduire le nombre de composants afin de rationaliser la complexité de la construction. L’équipe a ensuite utilisé une technique de coque et de remplissage afin d’assurer l’allègement des pièces grâce au moteur de modélisation implicite de nTopology.

Le logiciel a également permis à l’équipe d’améliorer la résistance à la fatigue de la pièce et d’atténuer les concentrations de contraintes. De plus, l’équipe a utilisé la conception pilotée par le terrain de nTopology pour contrôler les paramètres de conception clés des propulseurs, tels que l’épaisseur de la daurade en treillis, afin de réduire davantage le poids de la pièce.

Les propulseurs RCS ont été imprimés sur une imprimante 3D métal Velo3D Sapphire en Titane 6Al-4V, un matériau typique utilisé pour la fabrication des propulseurs bipropulseurs, et qui a la moitié de la densité de l’Inconel 718. L’impression 3D réussie de la pièce est la prochaine étape d’Aerojet Les efforts de Rocketdyne pour développer un module RCS qui représente un cinquième de la masse et la moitié de la taille des alternatives fabriquées de manière conventionnelle, tout en étant également un tiers du coût de production.

« Je ne savais pas s’il était même possible de faire ce type d’intégration », a ajouté Horton. « Nous avons montré qu’il s’agit d’une voie viable vers l’abordabilité en réduisant le nombre de pièces et la main-d’œuvre tactile. J’ai hâte d’amener ce produit dans l’espace.

Vue en coupe du bloc injecteur optimisé.  Image via nTopologie.
Vue en coupe du bloc injecteur optimisé. Image via nTopologie.

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L’image en vedette montre le propulseur quadruple du système de contrôle de la réaction. Image via nTopologie.