普渡大学宣称成功3D打印5马赫高超音速发动机原型

2024年3月18日，南极熊获悉，普渡大学的研发中心普渡应用研究所（PARI）的一个团队宣称，他们正在利用3D打印技术开发一个完全可操作的超音速燃烧冲压发动机（scramjet）原型，该发动机能够使飞机以5马赫及以上的速度飞行。

△PARI高超音速先进制造技术中心的科研人员，从左至右依次为通用电气增材制造公司首席增材制造工程师Nate Humbert、航空航天研究生助理Will DeVerter、HAMTC加工工程师Gregg Lubas和HAMTC高级测试工程师Nick Strahan

PARI高超音速先进制造技术中心（HAMTC）的研究人员认为，这种创新的超燃冲压发动机设计，为整个高超音速行业提供了更经济、更便捷的原型设计和制造工艺。

与高级测试工程师Nick Strahan一起制作全尺寸scramjet原型机的研究生助理研究员Will DeVerter说：“目前，尚无其它大学附属机构具备制造高超音速技术，并能在与飞行相关的规模和条件下进行测试的能力。一旦我们获得可用的部件或系统，我将能够将它带到街对面，并利用世界上最先进的推进和诊断技术进行测试。这种独特的能力将简化整个制造和测试过程。”

Strahan说：“在超过2马赫的气流速度下，为了保持燃烧器内的火焰不熄灭，需要进行操作或设计燃烧器，以确保在高速气流中依然能够有效地燃烧燃料。”他将scramjet的功能比作试图在飓风中点燃蜡烛。

PARI公司总裁兼首席执行官Mark Lewis说：" Scramjets仍处于起步阶段，但被普遍认为是推动导弹或飞机以超过五倍音速的速度穿越大气层（即所谓的高超音速领域）的最佳方式。Scramjets的设计极其复杂，这就是为什么3D打印的使用会有如此大的突破。

△早在2022年，普渡大学与Velo3D打印高超音速金属零部件

开发超音速燃烧原型冲压发动机的细节工作

位于PARI高超音速和应用研究设施内的增材制造中心，为可过渡到国防市场的制造创新提供一站式服务。

HAMTC执行主任、莱利航空航天学教授Michael Sangid表示，全尺寸scramjet原型展示了该中心彻底改变高超音速产业的潜力。他指出，scramjet试验项目是他们垂直整合能力的一个很好的例子。该项目在短短几个月内将原始粉末转化为现场原型，并提供了代表性测试数据，将增材制造的灵活性融入到部件设计中，从而提高了效率。

原型的关键在于，需要在保持发动机功能和几何复杂性的前提下，减轻重量和减少零件。这项工作是通过GE Concept Laser X Line 2000R打印机完成的，这是一种用于大规模金属制造的打印机。

△2023年，普渡大学应用研究所耗资4100万美元在校园内开设高超音速和应用研究设施

3D打印在航空航天领域的潜力

该原型不仅利用了PARI的设备，还作为实验和新技术的试验台（增材制造中心毗邻普渡大学的Maurice J. Zucrow实验室）。该项目将PARI的制造能力与Zucrow的高速推进试验设施整合在一起，后者可以模拟5马赫以上的条件，并提供基于激光的高速材料诊断。

更快、更高效的流程最终将降低成本，并有助于满足国家对更先进的高超音速技术的需求。高级项目经理David Bretz负责协调该项目的各个方面，他认为该项目对国家安全和国防工业具有潜在影响。

△金属3D打印终端部件是航空航天领域使用最广泛的部件之一

他表示：“由于scramjet设计速度更快、成本更低，我们将能够更容易地对其进行原型设计、测试，然后返回并迭代设计，这将有助于国家的高超音速知识库和能力的提高。”此外，从设计到制造过程再到测试，学生们参与了项目的方方面面。普渡大学的学生，从本科生到研究生，都在学习在高超音速行业工作所需的技能。

普渡大学成功打印了scramjet原型，这一成果标志着在高超音速技术领域迈出了重要一步。这一突破意味着在高超音速领域取得了重要进展，为未来的研究和开发提供了有力支持，同时也展示了3D打印技术在航空航天领域的巨大潜力。