普渡大學宣稱成功3D打印5馬赫高超音速發(fā)動機原型

2024年3月18日，南極熊獲悉，普渡大學的研發(fā)中心普渡應用研究所（PARI）的一個團隊宣稱，他們正在利用3D打印技術開發(fā)一個完全可操作的超音速燃燒沖壓發(fā)動機（scramjet）原型，該發(fā)動機能夠使飛機以5馬赫及以上的速度飛行。

△PARI高超音速先進制造技術中心的科研人員，從左至右依次為通用電氣增材制造公司首席增材制造工程師Nate Humbert、航空航天研究生助理Will DeVerter、HAMTC加工工程師Gregg Lubas和HAMTC高級測試工程師Nick Strahan

PARI高超音速先進制造技術中心（HAMTC）的研究人員認為，這種創(chuàng)新的超燃沖壓發(fā)動機設計，為整個高超音速行業(yè)提供了更經濟、更便捷的原型設計和制造工藝。

與高級測試工程師Nick Strahan一起制作全尺寸scramjet原型機的研究生助理研究員Will DeVerter說：“目前，尚無其它大學附屬機構具備制造高超音速技術，并能在與飛行相關的規(guī)模和條件下進行測試的能力。一旦我們獲得可用的部件或系統(tǒng)，我將能夠將它帶到街對面，并利用世界上最先進的推進和診斷技術進行測試。這種獨特的能力將簡化整個制造和測試過程�！�

Strahan說：“在超過2馬赫的氣流速度下，為了保持燃燒器內的火焰不熄滅，需要進行操作或設計燃燒器，以確保在高速氣流中依然能夠有效地燃燒燃料。”他將scramjet的功能比作試圖在颶風中點燃蠟燭。

PARI公司總裁兼首席執(zhí)行官Mark Lewis說：" Scramjets仍處于起步階段，但被普遍認為是推動導彈或飛機以超過五倍音速的速度穿越大氣層（即所謂的高超音速領域）的最佳方式。Scramjets的設計極其復雜，這就是為什么3D打印的使用會有如此大的突破。

△早在2022年，普渡大學與Velo3D打印高超音速金屬零部件

開發(fā)超音速燃燒原型沖壓發(fā)動機的細節(jié)工作

位于PARI高超音速和應用研究設施內的增材制造中心，為可過渡到國防市場的制造創(chuàng)新提供一站式服務。

HAMTC執(zhí)行主任、萊利航空航天學教授Michael Sangid表示，全尺寸scramjet原型展示了該中心徹底改變高超音速產業(yè)的潛力。他指出，scramjet試驗項目是他們垂直整合能力的一個很好的例子。該項目在短短幾個月內將原始粉末轉化為現(xiàn)場原型，并提供了代表性測試數(shù)據(jù)，將增材制造的靈活性融入到部件設計中，從而提高了效率。

原型的關鍵在于，需要在保持發(fā)動機功能和幾何復雜性的前提下，減輕重量和減少零件。這項工作是通過GE Concept Laser X Line 2000R打印機完成的，這是一種用于大規(guī)模金屬制造的打印機。

△2023年，普渡大學應用研究所耗資4100萬美元在校園內開設高超音速和應用研究設施

3D打印在航空航天領域的潛力

該原型不僅利用了PARI的設備，還作為實驗和新技術的試驗臺（增材制造中心毗鄰普渡大學的Maurice J. Zucrow實驗室）。該項目將PARI的制造能力與Zucrow的高速推進試驗設施整合在一起，后者可以模擬5馬赫以上的條件，并提供基于激光的高速材料診斷。

更快、更高效的流程最終將降低成本，并有助于滿足國家對更先進的高超音速技術的需求。高級項目經理David Bretz負責協(xié)調該項目的各個方面，他認為該項目對國家安全和國防工業(yè)具有潛在影響。

△金屬3D打印終端部件是航空航天領域使用最廣泛的部件之一

他表示：“由于scramjet設計速度更快、成本更低，我們將能夠更容易地對其進行原型設計、測試，然后返回并迭代設計，這將有助于國家的高超音速知識庫和能力的提高。”此外，從設計到制造過程再到測試，學生們參與了項目的方方面面。普渡大學的學生，從本科生到研究生，都在學習在高超音速行業(yè)工作所需的技能。

普渡大學成功打印了scramjet原型，這一成果標志著在高超音速技術領域邁出了重要一步。這一突破意味著在高超音速領域取得了重要進展，為未來的研究和開發(fā)提供了有力支持，同時也展示了3D打印技術在航空航天領域的巨大潛力。