完全3D 打印超燃冲压发动机,雷神和诺斯罗普的完成第二次高超音速武器飞行试验

美国武器开发商雷神公司(Raytheon)与2019年6月与诺格公司(Northrop Grumman)开始合作开发一种称为吸气式高超音速概念的武器(HAWC),其中诺格负责制造超燃冲压发动机,雷神则制造飞行器。诺格公司完全通过3D打印的方式来制造超燃冲压发动机全部的零件,这是全球首例。该合作取得了积极的进展,近日,雷神和诺斯罗普的全3D 打印超燃冲压发动机完成第二次高超音速武器飞行试验。

Raytheon_Supper高超音速武器
© 雷神

block 完全3D打印的超燃冲压发动机

根据3D科学谷的了解,超燃冲压发动机将空气以高速压缩进入燃烧室内,能让飞行器可以长时间保持5倍音速以上。这种高超音速武器其定位就是吸气式,是一种使用超燃冲压发动机的飞行器,与美空军数年前测试的X-51A的原理基本一致,需要在5马赫以上的速度下完成进气道进气,这是超燃冲压发动机的技术瓶颈。

目前,雷神与诺格成功完成了用于国防的超燃冲压发动机动力高超音速吸气武器概念 (HAWC) 的第二次飞行测试高级研究计划署和美国空军。正如 2019 年首次宣布合作伙伴关系时所揭示的那样,诺斯罗普的超燃冲压发动机完全是3D打印的。

这次飞行测试应用了从第一次飞行中获得的数据和经验教训,以使相关的武器概念设计成熟。该测试满足了所有主要和次要目标,包括展示战术射程能力。

根据雷神导弹与防御公司先进技术总裁Colin Whelan,该测试展示了雷神与诺格如何迅速成熟了负担得起的超燃冲压发动机技术,这是吸气式武器的基础。随着雷神与诺格推进高超音速系统,第二次 HAWC 试飞成功是美国的一个重要里程碑。

高超音速飞行器以极高的速度和高海拔运行,飞行测试期间,在从飞机上使用超燃冲压发动机加速至高超音速后,飞行器飞行了工程师设计的轨迹,这些模型以真实世界的飞行数据为基础,随着系统的成熟被用于准确预测和提高高超音速飞行器的性能。

根据诺斯罗普,第二次飞行测试是朝着超燃冲压发动机技术准备任务迈出的一大步,近 20 年的超燃冲压发动机推进研究和开发已经取得成果,显着提升了美国的武器能力。

超燃冲压发动机在燃烧前使用高车速强制压缩进入的空气,以实现以音速的5倍或更高的高超音速持续飞行。该系统使用广泛可用的碳氢化合物燃料,并且由于它使用空气进行燃烧,因此不必承受车载氧化剂的额外重量。

这些关键属性允许制造一种安全、高效和战术尺寸的远程高超音速武器。通过以这样的速度行进,HAWC 等高超音速武器可以比传统导弹更快地到达目标,从而有可能避开防御系统。

自2019年以来,雷神与诺斯罗普一直在合作开发生产诺斯罗普的超燃冲压发动机并将其集成到雷神的吸气式高超音速武器上。他们的共同努力使两家公司能够生产吸气式高超音速武器,这是下一代战术导弹系统。该武器是美国国防高级研究计划局耗资 2 亿美元的 HAWC 项目的竞争对手之一,该项目是HAWC高超音速空气呼吸武器概念的缩写。

整个超燃冲压发动机都是使用先进材料进行 3D 打印的,包括超燃冲压发动机的燃烧室是通过3D打印-增材制造完成的,为高超音速助推导弹的超燃冲压发动机提供了可承受性。雷神与诺斯罗普也在寻找减轻重量的方法,这样就可以拥有更多的燃料、更多的有效载荷。

block 高超音速飞行器背后的3D打印技术

根据3D科学谷,由于空气的摩擦,任何交通工具表面都会变得非常炽热,高超音速飞行器在临近空间/大气层内长时间以超过马赫数5的高速持续飞行,采用吸气式动力形势的发动机进气道、燃烧室等部位所处的热环境尤其严酷。这使相关零部件对材料的耐高温性能、结构的力学性能等有着很高要求,同时对其空间外形、自身重量等也有着苛刻要求。

当传统制造技术无法满足要求时,3D打印技术为其开辟了一条全新的道路。金属3D打印技术以其能够快速制备具有高材料性能、异形结构、整体特性的零部件特点,在高超声速飞行器相关领域得到了愈发广泛的应用。

Valley_Supper© 3D科学谷白皮书

根据3D科学谷的市场观察,在超音速飞机的开发方面,目前美国先后发展了多个超燃冲压发动机技术验证项目。美国还与澳大利亚联合进行了低成本HIFiRE超燃冲压发动机计划。美国遇到的超燃冲压发动机遇到的问题主要有这么两种,推力不足和燃烧不稳定。导致超燃冲压发动机进展缓慢。国内在超燃冲压发动机也取得了突破,追赶趋势明显。而这其中,3D打印在成就高超音速飞行器方面起到了关键的作用。

Valley_Supper© 3D科学谷白皮书

2020年12月,我国首次公开,正在研制的“超燃冲压发动机”,能达到16倍音速,2小时抵达全球任何地方,号称中国的“怪兽级”发动机。

2021年9月,北京凌空天行科技有限责任公司宣布完成逾亿元A+轮融资。经纬创投联合领投了凌空天行的A轮融资,是公司最大的机构投资人之一。

据悉,凌空天行是国内从事商业高超音速飞行产品研发和应用的高科技企业,拥有国内领先的专业技术团队,具备丰富的研发设计与工程实践经验,掌握了气动、控制、防热等多项核心技术,致力于商业高超音速飞行器研发与应用。

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