GE航空航天公司利用工业3D打印开发高超音速双模冲压发动机

2024年7月22日，南极熊获悉，航空航天制造商通用电气航空航天（GE Aerospace）公司成功展示了一种新型高超音速双模冲压喷气发动机。据该公司介绍，新型冲压发动机可以实现各种多用途飞机的高速飞行和扩大航程。

据报道，在位于俄亥俄州埃文代尔的洁净空气、连续流、高速推进测试设施中进行测试后，这款高超音速发动机的性能超出了预期。与之前试飞的高超音速技术演示器相比，它展示了双模冲压发动机的强劲运行，并实现了三倍的气流增加。

虽然该公司尚未透露该项目是否采用了增材制造技术，但 GE Aerospace 是该技术的长期采用者。该公司正在通过其Colbrium Additive部门（前身为 GE Additive）推进工业3D打印。

新型冲压发动机于今年 3 月开始测试，距离设计工作开始仅11个月。鉴于这一开发过程的速度，增材制造很可能已在整个工艺链中得到利用。众所周知，增材制造可以缩短火箭发动机生产的交付周期。

在最近的一次采访中，美国宇航局的保罗·格拉德尔 (Paul Gradl) 解释说，3D 打印可以将火箭发动机的制造时间从几个月缩短到几周，从而实现快速测试和迭代。此外，洛克希德·马丁 (Lockheed Martin)和Aerojet Rocketdyne等航空航天公司也利用增材制造技术生产3D打印冲压发动机和超音速冲压发动机。

回到最新的高超音速发动机，通用电气航空航天公司爱迪生工厂业务和技术开发副总裁兼总经理马克·雷蒂格解释道：“该技术的强劲性能为下一阶段的发展铺平了道路。”接下来的步骤将侧重于持续测试和技术演示，与公司的综合高速推进解决方案路线图保持一致。

△GE 航空航天公司的高超音速双模冲压喷气发动机。照片来自 GE 航空航天公司

先进的冲压发动机技术

高超音速发动机的研发由高超音速推进专家 Innoveering（GE 航空航天于 2022 年收购）和GE航空航天研究中心的工程师合作支持。

GE航空航天公司国防与系统总裁兼首席执行官艾米·高德 (Amy Gowder) 表示：“从设计到测试的快速进展凸显了我们推动高超音速技术创新的承诺。这一里程碑不仅展示了我们团队的卓越才能和奉献精神，还重申了我们在高超音速飞行领域的领先地位。”

冲压发动机的运动部件很少，内部结构复杂。它们利用飞机的向前动量将空气冲入燃烧室。然后，空气通过一系列冲击波被压缩，直到在发动机的燃烧部分变成亚音速。

此次新型冲压发动机演示标志着 GE 航空发动机产品组合的最新里程碑。该公司拥有 44,000 台商用飞机发动机和 26,000 台军用飞机发动机的安装基数。

去年，该公司演示了一种采用旋转爆震燃烧 (RDC) 的新型高超音速双模冲压发动机 (DMRJ) 台架测试。据称这是此类测试的首次，GE Aerospace 声称这种新技术可以实现比现有超音速冲压发动机更高效的高速远程飞行。

RDC 技术通过爆震波燃烧燃料。GEAerospace 希望其 RDC 架构能够为超高效高超音速飞行器提供动力，使其航程扩大，速度超过 5 马赫。

△高超音速飞行器艺术想象图。图片来自 GE Aerospace

GE 航空航天利用工业 3D 打印  

虽然新型冲压式喷气发动机的制造工艺尚未披露，但 GE Aerospace 完全有能力利用金属 3D 打印。Colibrium Additive 是 GE Aerospace 旗下的一家公司，最近由 GE Additive 更名而来，在航空航天应用的 3D 打印方面拥有丰富的经验。

在RAPID+TCT 2024的一次采访中，该公司的首席技术官 Chris Schuppe 概述了 Colibrium 与 GE Aerospace 的密切关系。他解释说，作为内部 3D 打印专家，Colibrium 和 GE Aerospace 都拥有独特的优势。他补充道：“我们开发了许多专门满足他们需求的技术。”

舒佩特别强调了3D 打印航空发动机热交换器的生产。在这里，增材制造克服了与 CAD 建模和质量检查相关的挑战。测试反馈可以有效地集成到 CAD 模型中，从而将迭代次数从十次减少到两次。

众所周知，GE Additive 开发了一款3D 打印燃油喷嘴。自 2017 年推出以来，该部件已成为航空航天应用增材制造的著名案例研究。该公司已 3D 打印了超过 140,000个此类部件，与CFM56替代品相比，它们重量减轻 25%，燃油效率提高 15% 。

此外，该公司还与美国航空航天制造商Boom Supersonic合作开发了一款时速可达 1300 英里的3D 打印推进系统。本周在范堡罗国际航展上，Boom 预计将提供其最新进展。最近，Colibrium 的 AddWorks 咨询团队与超静音垂直飞行系统开发商MagLev Aero合作，提供 3D 打印技术和材料支持。该团队的专业知识支持了专有 MagLevHyperDrive 航空推进平台的开发，该平台可用于电动垂直起降 (eVTOL) 飞机。

△MagLevHyperDrive 航空推进平台的俯视图。照片来自 MaglevAero。

3D打印高超音速发动机

增材制造技术在高超音速喷气发动机的研发和生产中得到越来越广泛的应用。

上个月，增材制造服务提供商Sintavia获得了美国国防部（DoD）的合同，用于开发3D打印高超音速推进部件。通过该协议，该公司将验证设计和增材制造关键发动机部件所需的质量和操作流程。

该合同预计持续到 2025 年，由国防部通过“吸气式高超音速武器增材制造成熟度提升”（GAMMA-H）挑战赛授予。该挑战赛旨在确定满足现代高超音速吸气式武器系统几何和温度要求的新制造工艺。

此外，Aerojet Rocketdyne最近获得了国防部 2200 万美元的合同，用于3D 打印高超音速推进系统原型。作为国防承包商L3Harris Technologies的子公司，该公司的合同也是通过 GAMMA-H挑战赛交付的。

Aerojet Rocketdyne 于 2024 年 5 月宣布，预计原型交付需要 36 个月。该公司将通过整合超燃冲压发动机制造过程的必要步骤来简化生产工作流程。这家航空航天制造商的总裁 Ross Niebergall 认为，这将创造一个更安全、更高效的供应链，从而实现进度和成本改进。