15%部件3D打印制造 | 美客运高超声速发动机完成关键测试，接近首飞

• 2021年3月，宣布与NASA签署太空法案协议研发高速飞机；
• 2021年8月，宣布获得美国空军6000万美元全额资助，用于开发可重复使用的开发超高声速飞机；
• 2022年3月，宣布获得1亿美元B轮融资；
• 2022年7月，宣布获得美国空军9.5亿美元上限合同，以支持其“先进作战管理系统”。

Hermeus公司所开发的Chimera发动机可实现涡轮联合循环，这意味着它是涡轮喷气发动机和冲压喷气发动机的混合体。在这两种模式之间切换的能力使Hermeus的Quarterhorse飞机能够从常规跑道起飞，然后加速到高马赫速度。今年7月，3D打印技术参考注意到，西北工业大学首次验证了煤油燃料火箭冲压组合循环发动机火箭/亚燃、亚燃、超燃、火箭/超燃的多模态平稳过渡和宽域综合能力。两条信息对比，看出一些端倪。

有人认为，以低于1亿美元的价格对这种组合式发动机进行飞行测试是不可能的。而此次发动机测试成功，实际上是该公司的一个小团队在21个月内以1800万美元的成本设计、制造和测试的，其效率之高和取得的成就让公司创始人惊讶。Hermeus表示，实现这一里程碑的成本和速度效益非常显著。

这台发动机有15%的零件由3D打印制造，Hermeus 的一项基本制造原则是垂直整合。内部制造允许工程师和技术人员之间形成紧密的反馈循环，这是该公司快速迭代能力的关键。此外，垂直整合减轻了对外部供应商的依赖，并允许更好的控制供应链，3D打印无疑为快速迭代创造了便利。

2022年9月，Velo3D宣布Hermeus已经购买了其Sapphire和专为大批量生产而设计的大幅面Sapphire XC 3D打印机。这些打印机都将制造Chimera 发动机和Quarterhorse飞机零件，尤其是采用In718超级合金。

HermeusChimera混合模式发动机

Hermeus 首席技术官表示，“金属增材制造是我们垂直整合生产计划的核心组成部分，我们将寻找提高性能、整合组件、减轻飞机重量并最大限度减少外部依赖性的方法。”

金属增材制造技术已在超声速和新空间行业得到广泛采用，因为它能够在不影响设计、质量或性能的情况下构建工程师所需的复杂、关键任务部件。Velo3D极具优势的“无支撑”金属3D打印技术使客户无需为增材制造设计接受专门培训，即可打印复杂设计。3D打印为更快的产品迭代并大大简化供应链起到了显著作用。

另一家致力于超声速飞机研发和制造的Boom Supersonic公司，也大量使用3D打印零部件，Velo3D也是该公司的服务提供商。

BoomXB-1“超音速验证机”上的大量3D打印零件

对于冲压发动机的燃烧室、进气道等大尺寸零件，采用传统工艺需要将其分解成数量众多的零部件，复杂的装配尺寸链传递将直接导致相关零部件需要具备非常高的加工精度，而且加工与装配消耗的时间也将导致产品制备周期相对漫长，此外大量的零部件装配势必引入较多的附加质量，这些无效质量将使整台发动机的有效推重比降低。

3D打印一体化制造减少了传统工艺中的焊接流程以及制造成本，同时也更利于寻找减轻重量的方法，以便可以携带更多的燃料和载荷。虽然上述零件尺寸巨大，但如今高精度金属3D打印的制造规模已经突破了一米级别，能够满足制造需求。美国雷神公司声称其高超声速武器所使用的超燃冲压发动机是完全3D打印的。

从涡轮喷气模式到冲压喷气模式转换

然而，绝大多数所提到的高超声速基本都是在讲武器，如雷神、洛克希德马丁以及西工大在本年度所测试的那样，它们所采用的均是火箭发动机提供动力（在开发过程中均大量使用金属3D打印），这就意味着发动机不可重复使用，这对于客运飞机来说显然不适用。

Hermeus的组合式发动机在超声速领域独树一帜。在低速时，Chimera发动机可以像喷气式飞机一样处于涡轮喷气模式，但随着进气温度和速度的增加，涡轮喷气发动机达到了性能极限。此时飞机速度可达到2马赫左右，Chimera的预冷器可以降低进入涡轮喷气发动机的空气温度，这使得发动机在过渡到冲压喷气模式之前能够从涡轮喷气模式中释放更多性能，可实现3-5马赫飞行。

通过制造不需要火箭加速的全范围吸气式高超声速发动机，Hermeus为可操作的高超声速飞行奠定了基础——这意味着其所开发的超高声速飞机可以重复使用。