Hermeus采用3D打印制造發(fā)動機部件，助力商用高超音速飛行進入現(xiàn)實

2022年11月26日，南極熊獲悉，高超音速飛機初創(chuàng)公司Hermeus創(chuàng)造了一個新的里程碑，其旗艦渦輪循環(huán)發(fā)動機Chimera證明它可以成功地從渦輪噴氣機過渡到?jīng)_壓噴氣機。這種過渡允許可重復使用的高超音速飛機在加速到高馬赫速度之前從普通跑道起飛，這是使高超音速飛行成為現(xiàn)實的重要技術成就之一。

△Hermeus未來的商用高超音速飛機 "Halcyon "的效果圖。圖片由Hermeus提供。

這一里程碑體現(xiàn)了Hermeus公司“建造世界上最快的飛機”的承諾，以更快地連接人們，并為商業(yè)飛行帶來亟需的創(chuàng)新。據(jù)Hermeus稱，一旦其飛機達到5馬赫（超音速協(xié)和飛機速度的兩倍多），乘客將能夠在90分鐘內(nèi)橫跨大西洋，或在一小時內(nèi)從洛杉磯到檀香山。

為了給這家初創(chuàng)公司的第一架飛機--名為"Quarterhorse "的遙控高超音速飛機提供動力，Hermeus將使用Chimera發(fā)動機提供動力，它使用了15%的增材制造部件。為了完成這項任務，工程師們購買了Velo3D的原始藍寶石和大尺寸的藍寶石XC機器。這兩款打印機均針對 Inconel 718 進行了校準，不僅用于為 Hermeus 的 Chimera 發(fā)動機制造零件，還用于為 Quarterhorse 飛機制造零件。

△Hermeus工程師為Velo3D藍寶石系統(tǒng)上的第一個部件除粉。圖片由Hermeus通過LinkedIn提供。

去年9月，Hermeus首席技術官（CTO）Glenn Case說，金屬3D打印是該品牌垂直整合生產(chǎn)計劃的一個核心組成部分。內(nèi)部生產(chǎn)使初創(chuàng)公司能夠在工程師和技術人員之間保持緊密的反饋回路，這是該公司快速迭代能力的關鍵。此外，垂直整合減輕了對外部供應商的依賴，并允許更好地控制供應鏈，這已成為航空業(yè)疫情流行期間的關鍵后遺癥之一，對全世界的飛機運營產(chǎn)生了負面影響。

鑒于這種迫切的情況，3D打印已成為應對間歇性供應鏈中斷的一個更可行的選擇。Hermeus對Velo3D的增材制造技術的使用就是一個很好的例子，尤其是藍寶石將有助于提高性能，整合部件，減輕飛機重量，并最大限度地減少外部依賴。

創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Benny Buller對Velo3D機器的最新應用表示熱情，他說："高超音速是航空業(yè)中極具挑戰(zhàn)性的子集，在Hermeus將達到的飛行速度下，溫度、振動和空氣動力學都對飛機的飛行起著主要因素。"

建造Chimera

僅僅用了21個月和1800萬美元，Hermeus團隊就設計、建造和測試了Chimera。Hermeus創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官AJ Piplica解釋說，這一成就不僅是Hermeus的一個技術里程碑，而且是一個 "證明"，表明一小群人如何能夠以比其他行業(yè)同行小得多的預算迅速將硬件從原型變?yōu)闇y試。

雖然大多數(shù)高超音速平臺使用火箭，但Hermeus的方法將使該公司能夠使用傳統(tǒng)機場的現(xiàn)有基礎設施。此外，通過制造不需要火箭就能加速的全方位噴氣式高超音速發(fā)動機，Hermeus為可操作的高超音速飛行創(chuàng)造了條件--這意味著飛機可以快速重復使用。這使得旗艦的渦輪聯(lián)合循環(huán)發(fā)動機（TBCC）Chimera發(fā)動機在高超音速領域獨樹一幟。

△Hermeus的Chimera，一個帶有3D打印部件的全尺寸5馬赫發(fā)動機。圖片由Hermeus提供。

這種發(fā)動機設計的另一個好處是，它可以適應現(xiàn)有的交通基礎設施。這不僅對高超音速測試很重要，而且鑒于Hermeus的目標是通過高超音速飛行從根本上加速乘客旅行，這一點也很關鍵。

此外，該發(fā)動機是建立在傳統(tǒng)技術之上的。在通往高超音速客機的道路上，Hermeus公司與美國國家航空航天局合作，將該機構幾十年來一直探索的高速飛行技術商業(yè)化。根據(jù)《空間法協(xié)議》（SAA），美國國家航空航天局（NASA）和Hermeus通過這種合作關系開發(fā)的技術解決方案是第一系列飛機的TBCC的核心。

為高超音速飛行提供動力

Hermeus公司表示，一旦投入使用，Chimera將在渦輪噴氣模式下使用低速，就像任何噴氣飛機一樣。但隨著溫度和進氣速度的增加，渦輪噴氣機將在2馬赫左右達到其性能極限。然后，Chimera的預冷器有望降低進入渦輪噴氣機的空氣溫度，使Hermeus在過渡到?jīng)_壓噴氣機之前從渦輪噴氣機中 "擠出"更多的性能。最后，在3馬赫左右，Chimera將開始繞過進入渦輪噴氣機的空氣，而沖壓發(fā)動機將接續(xù)使能。

△Chimera是一種基于渦輪的聯(lián)合循環(huán)發(fā)動機（TBCC），是渦輪噴氣和沖壓噴氣的混合體。圖片由Hermeus提供。

在2022年6月Chimera成功地進行了全速地面測試后，該團隊轉(zhuǎn)移到圣母院渦輪機械實驗室的高超音速研究設施進行最新的測試活動。Hermeus使用了該實驗室最近落成的高超音速燃燒測試單元，該單元釋放加熱的空氣來模擬高超音速的溫度和壓力。

Case說："圣母大學的設施使我們能夠創(chuàng)造與我們在飛行中看到的相似的條件。在地面上完成這項測試大大降低了我們將于明年開始的四分之一馬赫飛行測試活動的風險。"

隨著從渦輪噴氣機到?jīng)_壓噴氣機的過渡被反復證明，Hermeus團隊現(xiàn)在正競相制造第一架Quarterhorse飛機，并將于2023年底開始飛行測試。Hermeus估計，第一架客機可能在2029年開始飛行。