洛克希德·马丁测试3D打印高超音速超燃冲压发动机

时间：2023-09-08 09:36 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

航空航天和国防承包商洛克希德·马丁公司、金属3D打印机制造商Velo3D和航空航天零件检测公司Vibrant与美国国防部LIFT研究所合作，评估3D打印高超音速冲压发动机的有效性。该团队制造并测试了这些部件，以确定增材制造技术是否可以用于高效可靠地生产经过认证的任务就绪冲压发动机。与涡轮喷气发动机不同，这些复杂的发动机拥有很少的运动部件和极其复杂的内部结构。高压是通过利用飞机的前进速度将外部空气“撞击”到燃烧器中而产生的。压缩是通过一系列冲击波发生的，这些冲击波与内部几何形状一起压缩和减速空气，直到空气在燃烧段变成亚音速。
一旦使用Velo3D的激光粉末床聚变（LPBF）技术进行3D打印，冲压发动机就要接受基于Vibrant声学的过程补偿共振测试（PCRT）。该测试过程分析了许多关键物理特性，包括应力状态、零件完整性、几何形状和表面光洁度。最终，如果个项目测试成功，团队的注意力将转向了下一个研究阶段。下一阶段将考虑3D打印部件的疲劳行为，并向“天生认证”部件迈进。LIFT的工程总监John Keogh博士评论道：“当一切都退出时，这是一个非常成功的项目。整个工作给我留下了深刻的印象。Velo、洛克希德·马丁和Vibrant组成的团队组成了一个强大的合作伙伴团队，他们可能是最接近——如果不是最接近的话——解决关键任务和安全关键应用AM组件的资格鉴定和验证或认证问题的合作伙伴。”展望未来，基奥补充道：“我们希望看到从机器中诞生的高超音速部件已经通过我们捕获的数据流进行了认证。”

技术负责人John Keogh（左）和项目经理Brad Friend拿着3D打印冲压发动机的切割部分。通过LIFT拍摄的照片。
向3D打印高超音速发动机迈进
      近年来，国防和航空航天行业越来越迫切需要推进推进系统的开发，以实现超音速（1马赫以上，音速）和高超音速（5马赫以上）的飞行速度。与传统制造相比，3D打印越来越被认为是一种可以以更轻的重量和更短的时间制造这些复杂的单件发动机设计的技术。
      早在2022年，美国航空航天初创公司Hermeus就成功测试了其部分3D打印的高超音速Chimera发动机。在测试过程中，Chimera被证明能够从涡轮喷气发动机模式转变为高马赫速度冲压发动机模式。在其他地方，作为美国高超音速导弹研究项目的一部分，Aerojet Rocketdyne也对其3D打印的超燃冲压发动机进行了飞行测试。现在，通过LIFT研究所，国防部正在投入资源评估这些额外制造的发动机是否能够在高超音速飞行过程中产生的极端环境条件下可靠运行。冲压发动机项目是LIFT研究所合同下的50多个活跃项目之一，也参与了正在进行的“高超音速挑战”。该项目由国防部制造技术计划资助，并由负责研究和工程的国防部副部长办公室监督。这一挑战的最终目标是确定哪些材料和/或制造工艺可以为能够进行高超音速飞行的飞行器和导弹提供最高效的途径。
LPBF 3D打印高超音速冲压喷气发动机
         通过冲压发动机项目，该团队试图确定他们可以在LPBF 3D打印过程中收集哪些数据流，然后进行了完善的实验设计来询问这些数据流。洛克希德·马丁公司制定了项目中使用的质量保证验证方法。冲压发动机使用Velo3D的Sapphire 1 MZ LPBF 3D打印机和铬镍铁合金718进行3D打印。Sapphire 1 MZ可以3D打印高达一米的物体，最终冲压喷气式飞机的高度为751毫米。此外，Sapphire系统还包含数百个传感器，可在整个构建过程中监控、报告和保存指标。Keogh解释道：“Velo3D的机器收集了大量的数据。它还提供了一个面向批量生产的非常结实的外壳。”得益于Velo3D的智能融合和Sapphire的专利反冲技术，3D打印冲压发动机模型时不需要支撑材料。在3D打印过程中，一旦每一层粉末都铺好，在对其进行标准化的刀片上，就会有一个真空吸尘器，用来收集多余的粉末，并留下一个完美的粉末层。这在刀片和零件之间创建了一个自由空间，消除了零件生长时发生碰撞的风险，并消除了对支撑的需求。

冲压发动机的横截面，3D打印为一体。通过Velo3D拍摄的照片。

(责任编辑：admin)

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