Hermeus采用3D打印制造发动机部件,助力商用高超音速飞行进入现实

3D打印资讯
2022
11/26
20:33
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2022年11月26日,南极熊获悉,高超音速飞机初创公司Hermeus创造了一个新的里程碑,其旗舰涡轮循环发动机Chimera证明它可以成功地从涡轮喷气机过渡到冲压喷气机。这种过渡允许可重复使用的高超音速飞机在加速到高马赫速度之前从普通跑道起飞,这是使高超音速飞行成为现实的重要技术成就之一。

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△Hermeus未来的商用高超音速飞机 "Halcyon "的效果图。图片由Hermeus提供。

这一里程碑体现了Hermeus公司“建造世界上最快的飞机”的承诺,以更快地连接人们,并为商业飞行带来亟需的创新。据Hermeus称,一旦其飞机达到5马赫(超音速协和飞机速度的两倍多),乘客将能够在90分钟内横跨大西洋,或在一小时内从洛杉矶到檀香山。

为了给这家初创公司的第一架飞机--名为"Quarterhorse "的遥控高超音速飞机提供动力,Hermeus将使用Chimera发动机提供动力,它使用了15%的增材制造部件。为了完成这项任务,工程师们购买了VELO3D的原始蓝宝石和大尺寸的蓝宝石XC机器。这两款打印机均针对 Inconel 718 进行了校准,不仅用于为 Hermeus 的 Chimera 发动机制造零件,还用于为 Quarterhorse 飞机制造零件。

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△Hermeus工程师为Velo3D蓝宝石系统上的第一个部件除粉。图片由Hermeus通过LinkedIn提供。

去年9月,Hermeus首席技术官(CTO)Glenn Case说,金属3D打印是该品牌垂直整合生产计划的一个核心组成部分。内部生产使初创公司能够在工程师和技术人员之间保持紧密的反馈回路,这是该公司快速迭代能力的关键。此外,垂直整合减轻了对外部供应商的依赖,并允许更好地控制供应链,这已成为航空业疫情流行期间的关键后遗症之一,对全世界的飞机运营产生了负面影响。

鉴于这种迫切的情况,3D打印已成为应对间歇性供应链中断的一个更可行的选择。Hermeus对Velo3D的增材制造技术的使用就是一个很好的例子,尤其是蓝宝石将有助于提高性能,整合部件,减轻飞机重量,并最大限度地减少外部依赖。

创始人兼首席执行官Benny Buller对Velo3D机器的最新应用表示热情,他说:"高超音速是航空业中极具挑战性的子集,在Hermeus将达到的飞行速度下,温度、振动和空气动力学都对飞机的飞行起着主要因素。"

建造Chimera

仅仅用了21个月和1800万美元,Hermeus团队就设计、建造和测试了Chimera。Hermeus创始人兼首席执行官AJ Piplica解释说,这一成就不仅是Hermeus的一个技术里程碑,而且是一个 "证明",表明一小群人如何能够以比其他行业同行小得多的预算迅速将硬件从原型变为测试。

虽然大多数高超音速平台使用火箭,但Hermeus的方法将使该公司能够使用传统机场的现有基础设施。此外,通过制造不需要火箭就能加速的全方位喷气式高超音速发动机,Hermeus为可操作的高超音速飞行创造了条件--这意味着飞机可以快速重复使用。这使得旗舰的涡轮联合循环发动机(TBCC)Chimera发动机在高超音速领域独树一帜。

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△Hermeus的Chimera,一个带有3D打印部件的全尺寸5马赫发动机。图片由Hermeus提供。

这种发动机设计的另一个好处是,它可以适应现有的交通基础设施。这不仅对高超音速测试很重要,而且鉴于Hermeus的目标是通过高超音速飞行从根本上加速乘客旅行,这一点也很关键。

此外,该发动机是建立在传统技术之上的。在通往高超音速客机的道路上,Hermeus公司与美国国家航空航天局合作,将该机构几十年来一直探索的高速飞行技术商业化。根据《空间法协议》(SAA),美国国家航空航天局(NASA)和Hermeus通过这种合作关系开发的技术解决方案是第一系列飞机的TBCC的核心。

为高超音速飞行提供动力

Hermeus公司表示,一旦投入使用,Chimera将在涡轮喷气模式下使用低速,就像任何喷气飞机一样。但随着温度和进气速度的增加,涡轮喷气机将在2马赫左右达到其性能极限。然后,Chimera的预冷器有望降低进入涡轮喷气机的空气温度,使Hermeus在过渡到冲压喷气机之前从涡轮喷气机中 "挤出"更多的性能。最后,在3马赫左右,Chimera将开始绕过进入涡轮喷气机的空气,而冲压发动机将接续使能。

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△Chimera是一种基于涡轮的联合循环发动机(TBCC),是涡轮喷气和冲压喷气的混合体。图片由Hermeus提供。

在2022年6月Chimera成功地进行了全速地面测试后,该团队转移到圣母院涡轮机械实验室的高超音速研究设施进行最新的测试活动。Hermeus使用了该实验室最近落成的高超音速燃烧测试单元,该单元释放加热的空气来模拟高超音速的温度和压力。

Case说:"圣母大学的设施使我们能够创造与我们在飞行中看到的相似的条件。在地面上完成这项测试大大降低了我们将于明年开始的四分之一马赫飞行测试活动的风险。"

随着从涡轮喷气机到冲压喷气机的过渡被反复证明,Hermeus团队现在正竞相制造第一架Quarterhorse飞机,并将于2023年底开始飞行测试。Hermeus估计,第一架客机可能在2029年开始飞行。


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