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Hermeus采用3D打印制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件,助力商用高超音速飛行進(jìn)入現(xiàn)實(shí)

3D打印動(dòng)態(tài)
2022
11/26
20:33
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評(píng)論
2022年11月26日,南極熊獲悉,高超音速飛機(jī)初創(chuàng)公司Hermeus創(chuàng)造了一個(gè)新的里程碑,其旗艦渦輪循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)Chimera證明它可以成功地從渦輪噴氣機(jī)過(guò)渡到?jīng)_壓噴氣機(jī)。這種過(guò)渡允許可重復(fù)使用的高超音速飛機(jī)在加速到高馬赫速度之前從普通跑道起飛,這是使高超音速飛行成為現(xiàn)實(shí)的重要技術(shù)成就之一。

△Hermeus未來(lái)的商用高超音速飛機(jī) "Halcyon "的效果圖。圖片由Hermeus提供。

這一里程碑體現(xiàn)了Hermeus公司“建造世界上最快的飛機(jī)”的承諾,以更快地連接人們,并為商業(yè)飛行帶來(lái)亟需的創(chuàng)新。據(jù)Hermeus稱,一旦其飛機(jī)達(dá)到5馬赫(超音速協(xié)和飛機(jī)速度的兩倍多),乘客將能夠在90分鐘內(nèi)橫跨大西洋,或在一小時(shí)內(nèi)從洛杉磯到檀香山。

為了給這家初創(chuàng)公司的第一架飛機(jī)--名為"Quarterhorse "的遙控高超音速飛機(jī)提供動(dòng)力,Hermeus將使用Chimera發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,它使用了15%的增材制造部件。為了完成這項(xiàng)任務(wù),工程師們購(gòu)買了Velo3D的原始藍(lán)寶石和大尺寸的藍(lán)寶石XC機(jī)器。這兩款打印機(jī)均針對(duì) Inconel 718 進(jìn)行了校準(zhǔn),不僅用于為 Hermeus 的 Chimera 發(fā)動(dòng)機(jī)制造零件,還用于為 Quarterhorse 飛機(jī)制造零件。

△Hermeus工程師為Velo3D藍(lán)寶石系統(tǒng)上的第一個(gè)部件除粉。圖片由Hermeus通過(guò)LinkedIn提供。

去年9月,Hermeus首席技術(shù)官(CTO)Glenn Case說(shuō),金屬3D打印是該品牌垂直整合生產(chǎn)計(jì)劃的一個(gè)核心組成部分。內(nèi)部生產(chǎn)使初創(chuàng)公司能夠在工程師和技術(shù)人員之間保持緊密的反饋回路,這是該公司快速迭代能力的關(guān)鍵。此外,垂直整合減輕了對(duì)外部供應(yīng)商的依賴,并允許更好地控制供應(yīng)鏈,這已成為航空業(yè)疫情流行期間的關(guān)鍵后遺癥之一,對(duì)全世界的飛機(jī)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生了負(fù)面影響。

鑒于這種迫切的情況,3D打印已成為應(yīng)對(duì)間歇性供應(yīng)鏈中斷的一個(gè)更可行的選擇。Hermeus對(duì)Velo3D的增材制造技術(shù)的使用就是一個(gè)很好的例子,尤其是藍(lán)寶石將有助于提高性能,整合部件,減輕飛機(jī)重量,并最大限度地減少外部依賴。

創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Benny Buller對(duì)Velo3D機(jī)器的最新應(yīng)用表示熱情,他說(shuō):"高超音速是航空業(yè)中極具挑戰(zhàn)性的子集,在Hermeus將達(dá)到的飛行速度下,溫度、振動(dòng)和空氣動(dòng)力學(xué)都對(duì)飛機(jī)的飛行起著主要因素。"

建造Chimera

僅僅用了21個(gè)月和1800萬(wàn)美元,Hermeus團(tuán)隊(duì)就設(shè)計(jì)、建造和測(cè)試了Chimera。Hermeus創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官AJ Piplica解釋說(shuō),這一成就不僅是Hermeus的一個(gè)技術(shù)里程碑,而且是一個(gè) "證明",表明一小群人如何能夠以比其他行業(yè)同行小得多的預(yù)算迅速將硬件從原型變?yōu)闇y(cè)試。

雖然大多數(shù)高超音速平臺(tái)使用火箭,但Hermeus的方法將使該公司能夠使用傳統(tǒng)機(jī)場(chǎng)的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。此外,通過(guò)制造不需要火箭就能加速的全方位噴氣式高超音速發(fā)動(dòng)機(jī),Hermeus為可操作的高超音速飛行創(chuàng)造了條件--這意味著飛機(jī)可以快速重復(fù)使用。這使得旗艦的渦輪聯(lián)合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(TBCC)Chimera發(fā)動(dòng)機(jī)在高超音速領(lǐng)域獨(dú)樹一幟。

△Hermeus的Chimera,一個(gè)帶有3D打印部件的全尺寸5馬赫發(fā)動(dòng)機(jī)。圖片由Hermeus提供。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的另一個(gè)好處是,它可以適應(yīng)現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施。這不僅對(duì)高超音速測(cè)試很重要,而且鑒于Hermeus的目標(biāo)是通過(guò)高超音速飛行從根本上加速乘客旅行,這一點(diǎn)也很關(guān)鍵。

此外,該發(fā)動(dòng)機(jī)是建立在傳統(tǒng)技術(shù)之上的。在通往高超音速客機(jī)的道路上,Hermeus公司與美國(guó)國(guó)家航空航天局合作,將該機(jī)構(gòu)幾十年來(lái)一直探索的高速飛行技術(shù)商業(yè)化。根據(jù)《空間法協(xié)議》(SAA),美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和Hermeus通過(guò)這種合作關(guān)系開發(fā)的技術(shù)解決方案是第一系列飛機(jī)的TBCC的核心。

為高超音速飛行提供動(dòng)力

Hermeus公司表示,一旦投入使用,Chimera將在渦輪噴氣模式下使用低速,就像任何噴氣飛機(jī)一樣。但隨著溫度和進(jìn)氣速度的增加,渦輪噴氣機(jī)將在2馬赫左右達(dá)到其性能極限。然后,Chimera的預(yù)冷器有望降低進(jìn)入渦輪噴氣機(jī)的空氣溫度,使Hermeus在過(guò)渡到?jīng)_壓噴氣機(jī)之前從渦輪噴氣機(jī)中 "擠出"更多的性能。最后,在3馬赫左右,Chimera將開始繞過(guò)進(jìn)入渦輪噴氣機(jī)的空氣,而沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)將接續(xù)使能。

△Chimera是一種基于渦輪的聯(lián)合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(TBCC),是渦輪噴氣和沖壓噴氣的混合體。圖片由Hermeus提供。

在2022年6月Chimera成功地進(jìn)行了全速地面測(cè)試后,該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)移到圣母院渦輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室的高超音速研究設(shè)施進(jìn)行最新的測(cè)試活動(dòng)。Hermeus使用了該實(shí)驗(yàn)室最近落成的高超音速燃燒測(cè)試單元,該單元釋放加熱的空氣來(lái)模擬高超音速的溫度和壓力。

Case說(shuō):"圣母大學(xué)的設(shè)施使我們能夠創(chuàng)造與我們?cè)陲w行中看到的相似的條件。在地面上完成這項(xiàng)測(cè)試大大降低了我們將于明年開始的四分之一馬赫飛行測(cè)試活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。"

隨著從渦輪噴氣機(jī)到?jīng)_壓噴氣機(jī)的過(guò)渡被反復(fù)證明,Hermeus團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正競(jìng)相制造第一架Quarterhorse飛機(jī),并將于2023年底開始飛行測(cè)試。Hermeus估計(jì),第一架客機(jī)可能在2029年開始飛行。


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