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导读：据3dprintingindustry网站9月7日报道，航空航天和国防承包商洛克希德·马丁（Lockheed Martin）公司、金属3D打印机制造商Velo3D和航空部件检测公司Vibrant与美国国防部（DoD）的LIFT研究所合作，评估了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组件，以确定是否可以使用增材制造技术有效而可靠地生产认证的任务就绪冲压发动机。 与涡喷发动机不同，这些复杂的发动机几乎没有可移动部件，但内部结构极其复杂。通过使用飞机的前进速度将外部空气“冲入”燃烧器，产生高压。压缩通过一系列冲击波进行，这些冲击波与内部几何形状一起将空气压缩和减速，直至在燃烧部分变为次音速。 一旦使用Velo3D的激光粉床熔化（LPBF）技术3D打印，这些冲压发动机就会经过Vibrant的基于声学的过程补偿共振测试（PCRT）。这一测试过程分析了一些关键的物理特性，包括应力状态、零件完整性、几何形状和表面光洁度。 最终，这个项目被视为成功，团队的注意力现在转向了下一阶段的研究。下一阶段将考虑3D打印零件的疲劳行为，并朝着“出生认证”的部件迈进。 LIFT工程总监约翰·基奥（John Keogh）博士评论说：“总的来说，这是一个非常成功的项目。我对整个工作组印象深刻。Velo、洛克希德·马丁和Vibrant的团队组成了一个强大的合作伙伴群体，他们可能是最接近解决这个合格和验证或认证增材制造组件的问题的合作伙伴，这对于任务关键和安全关键应用非常重要。” 基奥补充说：“我们希望看到直接从机器中产生的高超音速零部件，这些零部件已经通过我们捕获的数据流获得了认证。” 朝着3D打印高超音速发动机迈进 近年来，国防和航空航天行业迫切希望推进能够实现超音速（超过音速的速度）和高超音速（超过马赫5）飞行速度的推进系统的发展。 人们越来越认识到3D打印是一种能够以更轻的重量和更短的时间制造这些复杂、单件发动机设计的技术，比传统制造方法更加高效。 早在2022年，美国航空航天初创公司Hermeus成功测试了其部分3D打印的高超音速Chimera发动机。在测试期间，Chimera成功地从涡轮喷气发动机模式转变为高马赫速度的冲压发动机模型。此外，Aerojet Rocketdyne还在美国高超音速导弹研究项目的一部分中进行了其3D打印冲压发动机的飞行测试。
现在，通过LIFT研究所，DoD正在投入资源，评估这些增材制造的发动机是否能够在高超音速飞行期间产生的极端环境条件下可靠运行。 作为LIFT研究所合同下的50多个活动项目之一，冲压发动机项目还参与了正在进行的“高超音速挑战”计划。这一计划由DoD的制造技术计划资助，并由国防部研究和工程副部长办公室监督。 这个挑战的最终目标是确定哪种材料和/或制造工艺可以提供生产能够实现高超音速飞行的飞机和导弹的最高效和最有效的途径。 LPBF 3D打印高超音速冲压发动机 通过冲压发动机项目，团队试图确定在LPBF 3D打印过程中可以收集哪些数据流，然后进行了一项成熟的试验设计，以审查这些数据流。洛克希德·马丁建立了项目中使用的质量保证验证方法。 冲压发动机是使用Velo3D的Sapphire
1 MZ LPBF 3D打印机制造的，与Inconel 718金属合金一同使用。Sapphire 1 MZ可以3D打印高达一米高的物体，最终的冲压发动机零件高度为751毫米。此外，Sapphire系统还包含数百个传感器，可在整个建造过程中监测、报告和保存度量标准。基奥解释说：“Velo3D的机器收集了大量的数据。它还提供了一个面向大批量制造的大容积建造空间。” 由于Velo3D的智能熔合和Sapphire的专利覆盖技术，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，每层粉末被铺放下来后，规格化它的刀片后面跟着一个真空吸尘器，吸走多余的粉末，留下一个完美的粉末层。这在创造了一个刀片和零件之间的自由空间的同时，消除了零件增长时碰撞的风险，也消除了支撑材料的需求。 尽管最初设计用于嵌入超音速喷气发动机，但团队称，通过进行一些小的调整，他们的冲压发动机很容易就可以变成冲压喷气发动机。实际上，冲压喷气发动机是一种通过调整进气口和排气喷管保持更高空气流速通过发动机的冲压发动机。理论上，冲压喷气发动机动力的车辆可以达到超过马赫5的高超音速速度。 除了冲压发动机，团队还3D打印了一些材料测试零件。因其独特的形状而得名的“狗骨头”部件用于拉伸拉伸测试，“洗衣粉囊”用于密度和表面光洁度评估。 基于声学的测试 然后，使用Vibrant的PCRT过程评估了3D打印的冲压发动机和测试零件。在测试过程中，PCRT使用5至500千赫的超声频率激发零件的振动模式，每次持续几秒钟或几分钟。零件的自然共振频率，既与其几何形状又与其材料特性有关，都被记录、保存和分析。 相关阅读： 【行业动态】美空军将制造超燃冲压发动机驱动的高超音速巡航导弹 【行业动态】NASA采用AI技术研发高超音速超燃冲压发动机燃烧模型 原创文章，转载请注明来自@两机动力控制 |
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