美国防部重资投入‘Powder-in, Engine-out’ 3D打印高超音速发动机项目

|3DScienceValley· 2024/05/22

根据，Aerojet Rocketdyne作为L3Harris Technologies的子公司，已经获得了美国国防部（DoD）制造技术计划下的2200万美元的（OTA）合同。这份合同是由海军水面作战中心（NSWC Crane）授予的，目的是为了开发一种原型解决方案，以应对吸气式高超音速发动机增材制造成熟度（GAMMA-H）项目所提出的挑战。

▲ 3D打印超燃冲压发动机
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经济实惠

高超音速武器系统在设计和制造过程中，3D打印技术发挥着重要作用。3D打印技术正在以指数级的迭代速度助力高超音速武器系统的发展。GAMMA-H项目是国防部扩大当前高超音速武器部件制造工艺的一部分，旨在通过增材制造工艺，以经济实惠的制造方式满足现代高超音速吸气系统所需的推进性能和环境要求。

超燃冲压发动机是高超音速飞行器的核心部件之一，它能够在高速飞行中吸入空气并进行压缩，然后与燃料混合进行超音速燃烧。3D打印技术使得这种发动机的制造更加高效，因为通过增材制造的方式可以快速制备具有高材料性能、异形结构、整体特性的零部件。

3D打印技术的应用使得超燃冲压发动机的零件数量大幅减少，例如Aerojet Rocketdyne公司在制造高超音速导弹的超燃冲压发动机时，零件数量相比之前的X-51A Waverider发动机减少了95%。根据的市场研究，Aerojet Rocketdyne 超音速推进技术的积累已超过了30多年，Aerojet Rocketdyne的超燃冲压发动机曾为创记录的X-51A WaveRider测试提供动力。此后，Aerojet Rocketdyne加快了研发进度，将以往取得的成果与他们在3D打印/增材制造方面取得的进步相结合，使制造下一代高超音速推进系统成为现实。

3D打印技术在高超音速武器系统的设计、制造和性能提升方面发挥着关键作用，不仅提高了制造效率，还有助于实现更复杂的设计和更高性能的系统。美国国防部鼓励使用3D打印技术来突破制造极限，促进高超声速武器从概念到实际部署的转变。这表明3D打印技术在国防领域的应用正变得越来越广泛。美国海军在其2021年至2025年的战略计划中，优先考虑了高超音速武器的开发，其中3D打印技术被用来引领这一开发进程。

整合供应链

根据的市场研究，近年来，Aerojet Rocketdyne在开发该技术方面取得了多项成功，产品范围广泛，包括部件原型，以及进行点火试验的完全由3D打印技术制造的发动机和推进系统。Aerojet Rocketdyne 在2018年就为美国国家航空航天局（NASA）和美国国防高级研究计划局（DARPA）制造了新型高超音速发动机并已经成功通过测试。3D打印技术与高超音速航天发动机制造经验的结合，为研发下一代高超音速推进系统奠定基础。

Aerojet Rocketdyne将根据GAMMA-H合同整合超燃冲压发动机制造流程的关键步骤，这将有助于减少分散供应链相关的进度和成本效率。通过优化工艺，公司计划提高零件产量，减少加工步骤数量，从而加快生产速度并降低成本。

这个项目显示了Aerojet Rocketdyne在高超音速技术领域的进一步发展，同时也体现了美国国防部在推动高超音速武器系统发展方面的投资和承诺。

超音速全力发力

根据的市场观察，不管是通过3D打印吸气式高超音速发动机，还是目前GE为代表的旋转爆震技术[ 延伸阅读：《成功测试旋转爆震燃烧（RDC）技术！GE获高超音速发动机研发突破！》], 3D打印都在全力助推超音速飞机和超音速武器的跃升式发展。

就在2022年7月，美国国防部高超声速领域负责人迈克·怀特（Mike White）在高超声速论坛透露，国防部已在制定名为“国家高超声速倡议2.0”（NHI2.0）的顶层战略，旨在创造一个更强大的能力通道和采办生态环境，以负担得起、负责任和稳健的方式大幅加快美国高超声速技术发展，获得破坏性和先进的作战能力。NHI2.0是美国最新的国家级战略规划，系统性布局了高超声速能力与支撑领域的发展方向，以谋求军事能力的长久优势。

根据的了解，作为国防部长办公室制造科学与技术计划资助的五个项目之一，超燃冲压发动机项目获得了进一步的进展，而从基础研究方面，普渡大学还3D 打印了高超音速超燃冲压发动机原型，该发动机允许飞机以5马赫及以上的速度飞行。[延伸阅读：《5马赫及以上! 高超音速超燃冲压发动机3D打印获新突破》]

市场前景

市场前景透视

超音速武器市场规模

超音速武器市场正在增长，并且预计在未来几年将继续保持这一趋势。以下是一些关键点：

全球超音速武器市场：根据贝哲斯咨询的报告，2018-2022年间全球超音速和高音速武器市场规模及增长率有所统计，并且预计2023-2029年市场规模及增长率将继续增长。具体的市场规模数字没有在摘要中提供。

中国超音速武器市场：同样根据贝哲斯咨询的报告，中国在超音速和高音速武器市场方面也有具体的市场规模和增长率数据，涵盖不同的武器类型，如地面攻击巡航导弹、空射巡航导弹等。

全球市场趋势：根据Mordor Intelligence的报告，预计超音速和高超音速武器市场在2019 – 2029年间的复合年增长率将超过6%。亚太地区预计将是增长最快的市场，而欧洲则是最大的市场。

技术发展：全球高超音速技术发展报告指出，高超音速领域被很多国家视为未来军事科技的新制高点，具有重要的战略性和前瞻性意义。

超音速飞机市场规模

超音速飞机市场的情况则有所不同，以下是一些关键信息：

全球超音速飞机市场：根据QYResearch的统计和预测，2022年全球超音速和高超音速飞机市场的销售额达到了一定的数额，并预计到2029年将达到更高的数额，具体的年复合增长率（CAGR）没有在摘要中提供。

市场潜力：高超音速飞行市场份额报告预计，到2030年全球高超音速飞行市场将达到近12125.2亿美元，从2022年的7,488亿美元开始，显示出显著的增长潜力。

技术挑战：尽管市场潜力巨大，但超音速飞机的发展面临着技术挑战，包括推进技术、导航制导与控制技术、新型材料与热防护技术等。