发布日期：2024-03-01 23:56 点击次数：199
电喷雾发动机通过对导电液体施加电场产生高速轻细液滴射流来推动航天器前进。这些迷你发动机终点得当用于学术商议中常见的袖珍“立方体卫星（CubeSats）”。
由于电喷雾发动机比传统的化学燃料火箭鲁莽更高效地应用股东剂，因此它们更得当精准的在轨天真。不外，电喷雾辐射器产生的推力较小，是以其陆续承袭一组并联且规格相配的辐射器。
难点在于，这些多路电喷雾股东器此前大批是通过腾贵又耗时的半导体洁净室制造的，较高的坐蓐环境条目死心了其大鸿沟制造以及这些开垦的应用范围。
为了惩处这些挑战，麻省理工学院的工程师们开发出了一种“全 3D 打印”的电喷雾发动机。它通过市售 3D 打印材料和期间就能杀青快速坐蓐，制形本钱仅为传统股东器的一小部分，而且由于 3D 打印期间与天外制造期间相兼容，这种开垦以至皆备不错在天外坐蓐制造。
与此同期，商议东谈主员还通过开发一种会通了两种 3D 打印情势的模块化工艺，得胜克服了制造复杂开垦（包含宏不雅和微不雅组件）时靠近的挑战，确保总计组件鲁莽无缝协同职责。
他们开发的这款股东器原型由 32 个电喷雾辐射器组成，这些辐射器协同开动，进而产生踏实且均匀的股东剂流。更环节的是，其产生的推力不亚于传统的液滴喷射电喷雾发动机。
借助这项期间，宇航员可能很快就能在天外中平直率速打印制造出一个卫星发动机，而无须恭候它从地球发奉上来。
当今，这项商议效能仍是发表在 Advanced Science 上。这篇论文的通信作家是麻省理工学院微系统期间实践室首席商议科学家 Luis Fernando Velásquez-García；第一作家是麻省理工学院机械工程商议生 Hyeonseok Kim。
“传统的半导体制造期间与低本钱参加天外的理念似乎是相矛盾的，而咱们但愿杀青天外硬件开垦制造的绵薄化和普及化。在这项职责中，咱们建议了一种应用更泛泛可用的制造期间来坐蓐高性能硬件的新情势，让更多东谈主都能交接简便地操作使用。”Velásquez-García 默示。
模块化的规划情势
电喷雾发动机内置股东剂储液罐，股东剂经微流体通谈流向一系列辐射器。在每个辐射器顶端施加静电场，会触发电流体能源学效应，使液体的摆脱名义形成锥形弯液面，从其极点喷射出高速带电液滴流，从而产生推力。
辐射器的顶端越强烈，越故意于在低电压下杀青股东剂的电动流体喷射，因此，该开垦还需要一套复杂的液压系统来储存和退换液体流动，灵验地将股东剂运输通过微流体通谈。
图｜电喷雾发动机通过喷射出高速带电液滴来产生推力（着手：MIT News）
合座而言，辐射器阵列由 8 个辐射器模块组成，每个辐射器模块包含由 4 个独处辐射器组成的单位，这些辐射器协同职责并形成一个更大的互连模块系统。
“承袭单一的制造情势是行欠亨的，因为这些组件大小不一，咱们的主要想路是皆集增材制造情势来杀青预期效果，然后找到一种相连总计组件的情势，让它们尽可能高效地协同运作。” Velásquez-García 默示。
为此，商议东谈主员承袭了两种不同类型的收复光团员打印（VPP）期间，其通过将光芒映照到光敏树脂上，ag百家乐积分使其固化形成具有光滑、高诀别率特征的 3D 结构。
商议东谈主员还应用一种称为双光子打印的 VPP 情势制造辐射器模块。这种情势使用高度聚焦的激光束，在精准界定的区域内固化树脂，并逐层构建 3D 结构。凭借较高的精度，商议东谈主员鲁莽制造出顶端量配强烈的辐射器，以及窄小、均匀的用于运输股东剂的毛细管。
辐射器模块被装配在一个方形外壳中，其作用是固定住每个模块并为辐射器提供股东剂，同期还集成了辐射器模块与索要电极，当施加稳当的电压时，电极会触发股东剂从辐射器顶端喷射。谋划词，由于双光子打印期间的隐隐量低、打印量有限，用于制造更大的外壳也很不毛。
于是，商议东谈主员把眼力转向了数字光处理期间，他们应用芯片大小的投影仪将光芒映照到树脂中，逐层固化 3D 结构。“每种期间在特定次第上都相配灵验。将它们皆集起来，共同坐蓐一个开垦，使咱们鲁莽择善而从，进而施展出每种情势的最好效果。” Velásquez-García 说谈。
推动性能普及
需要细心的是，制造出 3D 打印电喷雾发动机组件仅仅得胜的一半。接下来，商议东谈主员还开展了化学实践以确保打印材料与导电液体股东剂兼容，不然，股东剂可能会腐蚀发动机，以至导致闹翻。这关于需要永久开动且的确无需珍重的硬件开垦来说至关进犯。
同期，他们也开发了一种情势来固定各个部件，幸免出现错位影响性能，同期还要确保开垦具有较好的密封性。
最终，他们得胜制造出 3D 打印开垦原型。通过历练发现，它鲁莽比更大、更腾贵的化学燃料火箭更高效地产生推力，而且性能说明也优于传统的液滴电喷雾发动机。
图｜通过微流谈将股东剂高效地运输到一系列辐射器中（着手：MIT News）
在这项新商议中，他们探索了和洽股东剂压力和退换施加到发动机上的电压会若何影响液滴。令东谈主骇怪的是，通过退换电压，他们杀青了愈加平常的推力可调范围。
这意味着，无需复杂的管谈、阀门或压力信号网罗来退换液体流动，也能打造出更精真金不怕火、更经济、更高效的电喷雾发动机。“咱们解说了更毛糙的股东器也不错得回更好的效果。” Velásquez-García 默示。
至于下一步的商议标的，他们但愿络续探索电压退换的作用，同期他们还规划制造密度更高、鸿沟更大的辐射器模块阵列。
他们还默示，后期可能会探索使用多个电极，将触发股东剂的电动流体能源喷射历程与设定辐射射流的时局和速率相皆集。从长期来看，他们祈望打造出一款新的 CubeSat，其在开动和离轨期间都使用这种全 3D 打印的电喷雾发动机。
这项商议部分由 MathWorks 奖学金和 NewSat 姿色资助ag百家乐官网，部分商议在 MIT.nano 关节中完成。