根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，在超音速飛機(jī)的開發(fā)方面，目前美國(guó)在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，先后發(fā)展了多個(gè)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目。美國(guó)還與澳大利亞聯(lián)合進(jìn)行了低成本HIFiRE超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃。美國(guó)遇到的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)遇到的問題主要有這么兩種，推力不足和燃燒不穩(wěn)定。導(dǎo)致超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)展緩慢。國(guó)內(nèi)在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)也取得了突破，追趕趨勢(shì)明顯。而這其中，3D打印在成就高超音速飛行器方面起到了關(guān)鍵的作用。

固定幾何形狀的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)

根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，Hypersonix 已向 Amiga Engineering 訂購(gòu)了 SPARTAN 第 5 代超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的3D打印零件。SPARTAN 是一種固定幾何形狀的自燃?xì)鋭?dòng)力超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠從 5 馬赫加速到 12 馬赫。

 SPARTAN 的固定幾何形狀意味著它沒有移動(dòng)部件，因此該設(shè)計(jì)適用于3D打印-增材制造。在航空航天等要求苛刻的行業(yè)中，增材制造提供了組件制造的尖端技術(shù)，能夠用一些奇特的材料制造非常復(fù)雜的零件。這降低了生產(chǎn)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的成本和時(shí)間，同時(shí)可能增加可靠性和性能。而增材制造允許創(chuàng)建重量輕的高度復(fù)雜的零件，這對(duì)航天工業(yè)至關(guān)重要。

Hypersonix的SPARTAN 使用綠色氫作為燃料，因此不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放。氫燃料還允許 Hypersonix 在燃燒器上利用再生冷卻，從而允許使用現(xiàn)成的高溫合金代替更昂貴和復(fù)雜的高溫復(fù)合材料。

使用增材工程制造超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)將從根本上顛覆超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的成本結(jié)構(gòu)，是提供更實(shí)惠的高超音速飛行的重要一步。SPARTAN 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的制造是Hypersonix 于 2020 年 8 月獲得的聯(lián)邦政府 ACA 撥款下完成的。根據(jù)這項(xiàng)撥款，Hypersonix 正在建造可飛行的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)。 

Hypersonix 于 2021 年 3 月完成了 SPARTAN 的沖擊隧道測(cè)試，并完成了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最終設(shè)計(jì)和熱建模。該項(xiàng)目符合預(yù)算并按計(jì)劃進(jìn)行，預(yù)計(jì)將于 2022 年 3 月完成。

超音速的世界大舞臺(tái)

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，國(guó)際上和國(guó)內(nèi)活躍的超音速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的企業(yè)有老牌的大型企業(yè)，也有新興的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，這其中包括GE, Aerojet Rocketdyne ，Reaction Engines（背后的投資者包括波音，勞斯萊斯等），雷神公司(Raytheon)、諾格公司(Northrop Grumman)等等。

2018年，GE公司完成超音速發(fā)動(dòng)機(jī)初步設(shè)計(jì)，GE將旗下Affinity渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)行特殊改裝優(yōu)化，采用了經(jīng)過驗(yàn)證的超音速飛行技術(shù)，能夠滿足Aerion AS2的超音速飛行要求。AS2客機(jī)可搭乘12名旅客，計(jì)劃2023年首飛，2025年交付運(yùn)行。

Aerojet Rocketdyne在過去二十多年中投入了大量時(shí)間和資源開發(fā)3D打印/增材制造應(yīng)用，以滿足火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和防御系統(tǒng)應(yīng)用的嚴(yán)格要求。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，近年來，Aerojet Rocketdyne在開發(fā)該技術(shù)方面取得了多項(xiàng)成功，產(chǎn)品范圍廣泛，包括部件原型，以及進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)的完全由3D打印技術(shù)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)系統(tǒng)。當(dāng)然Aerojet Rocketdyne的背后有著傳統(tǒng)飛機(jī)制造領(lǐng)域的支持者，例如波音。

而波音還與美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和Aerojet Rocketdyne簽署合同，進(jìn)行超音速飛行開發(fā)。根據(jù)DARPA的報(bào)告，超聲速飛機(jī)將在其生產(chǎn)中融合“眾多先進(jìn)技術(shù)”。而波音和Aerojet在增材制造方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)將在此開發(fā)過程中發(fā)揮重要作用。此外，波音公司還與歐瑞康簽署增材制造合作協(xié)議。

英國(guó)Reaction Engines公司成立于1989年，旨在設(shè)計(jì)和開發(fā)新一代創(chuàng)新超音速推進(jìn)系統(tǒng)所需的技術(shù)，即SABRE。這款吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以使航天器達(dá)到五倍的聲速，并容易讓它們無需脫離火箭即可突破軌道。金屬3D打印技術(shù)在Reaction Engines公司的火箭研發(fā)工作中起到了關(guān)鍵作用。SABRE熱交換過程中防止結(jié)冰的推進(jìn)劑注射器系統(tǒng)使用3D打印增材制造技術(shù)制造。

美國(guó)武器開發(fā)商雷神公司(Raytheon)宣布與諾格公司(Northrop Grumman)與2019年6月合作開發(fā)一種稱為吸氣式高超音速概念的武器(HAWC)，兩公司合作的產(chǎn)品已準(zhǔn)備好進(jìn)行首飛，其中諾格負(fù)責(zé)制造超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，雷神則制造飛行器。諾格公司打算完全通過3D打印的方式來制造超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)全部的零件，這將是全球首例。根據(jù)雷神公司的說法稱，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣以高速壓縮進(jìn)入燃燒室內(nèi)，能讓飛行器可以長(zhǎng)時(shí)間保持5倍音速以上。這種高超音速武器其定位就是吸氣式，是一種使用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器，與美空軍數(shù)年前測(cè)試的X-51A的原理基本一致，需要在5馬赫以上的速度下完成進(jìn)氣道進(jìn)氣，這是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)瓶頸。

2020年12月，我國(guó)首次公開，正在研制的“超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”，能達(dá)到16倍音速，2小時(shí)抵達(dá)全球任何地方，號(hào)稱中國(guó)的“怪獸級(jí)”發(fā)動(dòng)機(jī)。

2021年9月，北京凌空天行科技有限責(zé)任公司宣布完成逾億元A+輪融資。經(jīng)緯創(chuàng)投聯(lián)合領(lǐng)投了凌空天行的A輪融資，是公司最大的機(jī)構(gòu)投資人之一。

▲? 凌空天行

據(jù)悉，凌空天行是國(guó)內(nèi)從事商業(yè)高超音速飛行產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用的高科技企業(yè)，擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，具備豐富的研發(fā)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握了氣動(dòng)、控制、防熱等多項(xiàng)核心技術(shù)，致力于商業(yè)高超音速飛行器研發(fā)與應(yīng)用。

知之既深，行之則遠(yuǎn)，3D科學(xué)谷為業(yè)界提供全球視角的增材與智能制造深度觀察，有關(guān)3D打印在增材制造領(lǐng)域的更多分析，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注3D科學(xué)谷《3D打印與航空發(fā)動(dòng)機(jī)白皮書》。