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)

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)過渡到?jīng)_壓噴氣機(jī),。這種過渡允許可重復(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LinkedIn提供,。

去年9月,，Hermeus首席技術(shù)官（CTO）Glenn Case說，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："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1800萬美元，Hermeus團(tuán)隊(duì)就設(shè)計(jì),、建造和測試了Chimera,。Hermeus創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官AJ Piplica解釋說，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)場的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施,。此外，通過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)高超音速測試很重要,，而且鑒于Hermeus的目標(biāo)是通過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公司與美國國家航空航天局合作,，將該機(jī)構(gòu)幾十年來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）,，美國國家航空航天局（NASA）和Hermeus通過這種合作關(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試單元,，該單元釋放加熱的空氣來模擬高超音速的溫度和壓力,。

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

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