近日，Aerojet Rocketdyne 宣布其為美國國家航空航天局（NASA）和美國國防高級研究計劃局（DARPA）制造的新型高超音速發動機已經成功通過測試。Aerojet Rocketdyne表示，3D打印技術與高超音速航天發動機制造經驗的結合，為研發下一代高超音速推進系統奠定基礎。

3D打印使下一代超高音速發動機成為現實

Aerojet Rocketdyne在過去二十年中投入了大量時間和資源開發3D打印/增材制造應用，以滿足火箭發動機和防御系統應用的嚴格要求。根據3D科學谷的市場研究，近年來，Aerojet Rocketdyne在開發該技術方面取得了多項成功，產品范圍廣泛，包括部件原型，以及進行點火試驗的完全由3D打印技術制造的發動機和推進系統。

圖片來源：Aerojet Rocketdyne

Aerojet Rocketdyne傳統產品和新產品研發工作都受益于3D打印技術，例如 Aerojet Rocketdyne 開發的MPS-120小型衛星推進系統，Bantam發動機系列經濟型小型、中型助推器，RL10大型火箭發動機，以及高推力增壓引擎AR1。

Aerojet Rocketdyne 致力于通過增材制造實現的新設計，其防御高級計劃（又名Rocket Shop）也因此脫穎而出。該計劃中包括超音速、導彈防御和戰略系統的應用。 

3D科學谷了解到，Aerojet Rocketdyne進行測試的發動機為“新型雙模式沖壓式噴氣發動機/超燃沖壓（DMRJ）發動機”。

圖片來源：Aerojet Rocketdyne

超燃沖壓發動機結合了燃氣渦輪發動機（形成基于渦輪的聯合循環推進-TBCC系統）， 能夠將飛行器從靜止狀態推進到5馬赫或更高的高超音速飛行狀態并再次返回。

根據3D科學谷的市場研究，Aerojet Rocketdyne 超音速推進技術的積累已超過了30年，Aerojet Rocketdyne的超燃沖壓發動機曾為創記錄的X-51A WaveRider測試提供動力。此后，Aerojet Rocketdyne加快了研發進度，將以往取得的成果與他們在3D打印/增材制造方面取得的進步相結合，使制造下一代高超音速推進系統成為現實。

這些測試還有助于驗證Aerojet Rocketdyne開發的高級分析工具集，可以在大范圍的應用中精確模擬復雜的DMRJ流場。

3D科學谷Review

由于空氣的摩擦，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，采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性能、結構的力學性能等有著很高要求，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打印技術為其開辟了一條全新的道路。金屬3D打印技術以其能夠快速制備具有高材料性能、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。

根據3D科學谷的市場觀察，英國Reaction Engines公司也在設計和開發新一代創新超音速推進系統SABRE，其中也應用了3D打印技術。SABER是一種混合動力發動機，能夠在低空和高空飛行, 這種混合動力發動機的發展的一個重大突破是Reaction Engines專有的換熱器技術,在此熱交換過程中防止結冰的推進劑注射器系統使用3D打印增材制造技術制造。SABRE發動機通過從大氣中吸入氧氣將飛機的速度推升至5.4馬赫（超過6000公里/小時）甚至是25馬赫的速度，然后切換至氫燃料并使用內置的液氧。為了使發動機能夠在極端的大氣條件下工作，它需要能夠在不到百分之一秒的時間里將吸入發動機的空氣流從超過1000℃降低到零下150℃。SABRE發動機做到了這一點，而且發動機因此而增加的重量微乎其微。

除了金屬3D打印技術在高超音速推進系統中的應用，根據3D科學谷的市場觀察，高溫陶瓷3D打印技術也是超音速飛行器制造領域突破的重點領域。目前，極少有材料可以承受超音速飛行過程中產生的極端熱量和壓力，而 3D打印高溫陶瓷可能就是解決這個問題的方法。在2016年，美國HRL實驗室公布了其開發的一種新技術，使用這種技術3D打印的超強陶瓷材料能夠承受超過1400攝氏度高溫。HRL實驗室的研究在NASA空間技術研究資金的支持下獲得了新進展，NASA的資金推動了HRL在耐溫陶瓷制成的3D打印火箭發動機部件領域的發展。HRL 目前可 3D打印兩類陶瓷。一類是大、 非常輕量級的點陣晶格結構，可以用于飛機和航天器的耐熱板及其他外部部件。一類是小但復雜零件用于噴氣發動機和火箭的機電系統或組件。