美國武器開發商雷神公司（Raytheon）與2019年6月與諾格公司（Northrop Grumman）開始合作開發一種稱為吸氣式高超音速概念的武器（HAWC），其中諾格負責製造超燃衝壓發動機，雷神則製造飛行器。諾格公司完全透過3D列印的方式來製造超燃衝壓發動機全部的零件，這是全球首例。該合作取得了積極的進展，近日，雷神和諾斯羅普的全3D 列印超燃衝壓發動機完成第二次高超音速武器飛行試驗。
高超音速武器
© 雷神
/ 完全3D列印的超燃衝壓發動機
根據3D科學谷的瞭解，超燃衝壓發動機將空氣以高速壓縮排入燃燒室內，能讓飛行器可以長時間保持5倍音速以上。這種高超音速武器其定位就是吸氣式，是一種使用超燃衝壓發動機的飛行器，與美空軍數年前測試的X-51A的原理基本一致，需要在5馬赫以上的速度下完成進氣道進氣，這是超燃衝壓發動機的技術瓶頸。
目前，雷神與諾格成功完成了用於國防的超燃衝壓發動機動力高超音速吸氣武器概念 （HAWC） 的第二次飛行測試高階研究計劃署和美國空軍。正如 2019 年首次宣佈合作伙伴關係時所揭示的那樣，諾斯羅普的超燃衝壓發動機完全是3D列印的。
這次飛行測試應用了從第一次飛行中獲得的資料和經驗教訓，以使相關的武器概念設計成熟。該測試滿足了所有主要和次要目標，包括展示戰術射程能力。
根據雷神導彈與防禦公司先進技術總裁Colin Whelan，該測試展示了雷神與諾格如何迅速成熟了負擔得起的超燃衝壓發動機技術，這是吸氣式武器的基礎。隨著雷神與諾格推進高超音速系統，第二次 HAWC 試飛成功是美國的一個重要里程碑。
高超音速飛行器以極高的速度和高海拔執行，飛行測試期間，在從飛機上使用超燃衝壓發動機加速至高超音速後，飛行器飛行了工程師設計的軌跡，這些模型以真實世界的飛行資料為基礎，隨著系統的成熟被用於準確預測和提高高超音速飛行器的效能。
根據諾斯羅普，第二次飛行測試是朝著超燃衝壓發動機技術準備任務邁出的一大步，近 20 年的超燃衝壓發動機推進研究和開發已經取得成果，顯著提升了美國的武器能力。
超燃衝壓發動機在燃燒前使用高車速強制壓縮排入的空氣，以實現以音速的5倍或更高的高超音速持續飛行。該系統使用廣泛可用的碳氫化合物燃料，並且由於它使用空氣進行燃燒，因此不必承受車載氧化劑的額外重量。
這些關鍵屬性允許製造一種安全、高效和戰術尺寸的遠端高超音速武器。透過以這樣的速度行進，HAWC 等高超音速武器可以比傳統導彈更快地到達目標，從而有可能避開防禦系統。
自2019年以來，雷神與諾斯羅普一直在合作開發生產諾斯羅普的超燃衝壓發動機並將其整合到雷神的吸氣式高超音速武器上。他們的共同努力使兩家公司能夠生產吸氣式高超音速武器，這是下一代戰術導彈系統。該武器是美國國防高階研究計劃局耗資 2 億美元的 HAWC 專案的競爭對手之一，該專案是HAWC高超音速空氣呼吸武器概念的縮寫。
整個超燃衝壓發動機都是使用先進材料進行 3D 列印的，包括超燃衝壓發動機的燃燒室是透過3D列印-增材製造完成的，為高超音速助推導彈的超燃衝壓發動機提供了可承受性。雷神與諾斯羅普也在尋找減輕重量的方法，這樣就可以擁有更多的燃料、更多的有效載荷。
/ 高超音速飛行器背後的3D列印技術
根據3D科學谷，由於空氣的摩擦，任何交通工具表面都會變得非常熾熱，高超音速飛行器在臨近空間/大氣層內長時間以超過馬赫數5的高速持續飛行，採用吸氣式動力形勢的發動機進氣道、燃燒室等部位所處的熱環境尤其嚴酷。這使相關零部件對材料的耐高溫效能、結構的力學效能等有著很高要求，同時對其空間外形、自身重量等也有著苛刻要求。
當傳統制造技術無法滿足要求時，3D列印技術為其開闢了一條全新的道路。金屬3D列印技術以其能夠快速製備具有高材料效能、異形結構、整體特性的零部件特點，在高超聲速飛行器相關領域得到了愈發廣泛的應用。
© 3D科學谷白皮書
根據3D科學谷的市場觀察，在超音速飛機的開發方面，目前美國先後發展了多個超燃衝壓發動機技術驗證專案。美國還與澳大利亞聯合進行了低成本HIFiRE超燃衝壓發動機計劃。美國遇到的超燃衝壓發動機遇到的問題主要有這麼兩種，推力不足和燃燒不穩定。導致超燃衝壓發動機進展緩慢。國內在超燃衝壓發動機也取得了突破，追趕趨勢明顯。而這其中，3D列印在成就高超音速飛行器方面起到了關鍵的作用。
© 3D科學谷白皮書
2020年12月，我國首次公開，正在研製的“超燃衝壓發動機”，能達到16倍音速，2小時抵達全球任何地方，號稱中國的“怪獸級”發動機。
2021年9月，北京凌空天行科技有限責任公司宣佈完成逾億元A+輪融資。經緯創投聯合領投了凌空天行的A輪融資，是公司最大的機構投資人之一。
據悉，凌空天行是國內從事商業高超音速飛行產品研發和應用的高科技企業，擁有國內領先的專業技術團隊，具備豐富的研發設計與工程實踐經驗，掌握了氣動、控制、防熱等多項核心技術，致力於商業高超音速飛行器研發與應用。
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