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雷神认为高超声速武器的关键在3D打印

发布日期:2017-02-08  来源:航空工业信息网我要投稿我要评论

2016年3月30日,美国防务头条网站刊登SYDNEY J. FREEDBERG JR.写的一篇文章“3D Printing Key To Hypersonic Weapons: Raytheon”,介绍了雷神公司对于未来武器的突破在于使用3D打印机技术的看法。

整个航空航天世界被所谓的增材制造迷住了——尤其是政府和/或不受FAA安全检测的新技术的无人机应用方面。美国航空航天局(NASA)给国际空间站送去了一台3D打印机;海军在舰船上测试3D打印机。一些火箭发动机公司已经3D打印了高技术关键组件的样件;例如在Elon Musk激进的美国太空探索技术风险公司(SpaceX),ICF国际咨询公司副总裁、航空航天顾问Kevin Michaels说:“他们有一个很大的3D打印机,并且现在正在制造用于量产的火箭发动机上的部件”。

逐点、逐层的制造零组件的能力,在制造传统的飞机、航天器和导弹上很有帮助。但是,当要制造需要特殊材料和常规方法无法加工的奇形怪状组件的高超声速系统时,就得用3D打印了,别无它法。

雷神公司先进导弹系统负责人Tom Bussing在2016年3月29日下午的新闻发布会上说:“世界上已经有一些基本的游戏规则改变者(如高超声速),因此,不仅可以制造它们,而且你也能够造得起它们,你可以制造其它方式所无法制造的东西。”

Bussing还说:“在高速武器领域,(3D打印)成为了一个基本的推动者,因为那是你用特殊材料制造大型结构件的唯一出路,你要一点点的生长出那些零件”。

在3D打印机中“生长”的零件允许你制作出比传统工艺更复杂的形状(远在青铜时代之前就是这么个作法),以前是用模具铸造出基本形状,然后将其切削到最终所需的几何造型。

例如,冷却在各型发动机中是最至关重要的。Kevin Michaels说,即使是普通喷气式客机的涡轮风扇发动机,日常的工作温度也在其零组件材料的熔点之上400度,保持零件的完整只能通过精密布设的冷却通道网络。现在想想一架高超声速喷气机以10倍声速以上的速度在空气中飞行,5马赫以上时高超声速飞行器上由摩擦产生大量热量,必须加以冷却。

但是,如果你想在一个传统方式制造的组件上开散热孔,你必须在它上面钻一堆的洞(希望你没有去得太多)。如果你想在一个3D打印的组件上开散热孔,您只需给打印机编写程序,给它一个起始的开口形状。更重要的是,如果你的散热通道是钻出来的,那是非常直的;但是,如果是你用3D打印机生长出来的通道,它们可以是散热更有效率的螺旋结构或其他复杂的形状。

Bussing说:“如果它的效率更高,这意味着你可以把它做得更小,用更少的冷却气量。它工作持续时间更长,飞的更远。”

雷神公司已经使用3D打印技术在量产中制造了一些武器零组件,如陆军在阿富汗使用的“神剑”(Excalibur)精确制导炮弹。Bussing说,至于未来,“我们实际上考虑使用增材制造来生长出整个武器。我们刚在一个独特的机器上投了一大笔钱来做一些非常、非常大的结构体”。

至少有一些大的结构件将可能是用在高超声速飞行器上。在美国防部国防高级研究计划局(DARPA)的两个项目上,雷神公司目前正在与洛克希德•马丁公司展开竞争,两个将来的建议书:战术助推滑翔(TBG)和高超声速吸气式武器概念(HAWC)。

战术助推滑翔是已经被俄罗斯和中国测试的方法:火箭发动机助推导弹到高超声速的速度,之后下滑至目标。目的是像打水漂一样“跳离”大气,使它能够以极高的速度飞出极远的距离。Bussing说,要完成这项工作需要在空气动力学、稳定性和控制,以及材料方面的进步。3D打印技术可以在所有这些领域提供帮助。

相比之下,“吸气式”高超声速飞行器在整个航路上使用自己喷气发动机飞行。这种方法比助推滑翔的航程要小,但更机动。吸气式飞行器还可以做得很小。火箭必须携带大量的氧化剂来燃烧燃料。喷气机只是从大气中吸取氧气。但是,常规的飞机无法在空气中吸气以马赫5以上飞行。以高超声速飞行的喷气机将需要一些突破——再次说明,3D打印能帮助生长出奇形怪状的零组件。

最终,上述两种高超声速飞行器的目的是在敌人做出反应之前打击它们。试想一下,卫星瞄上了一个某国推出洞穴的核导弹,在它点火之前便被高超声速弹头摧毁。想象一下,一个高超声速武器,在导弹防御阵地能够得到足够好的雷达信号锁定并击毁它之前就撕开并穿过了所谓的“反介入/区域拒止”系统(A2/AD)复杂的分层防御网。

但所有这些迷人的作战场景仍然只是可能性,直到有人能够真正将高超声速武器造出来。3D打印技术可能就是美国进行高超声速工作的决定性利器。

雷神认为高超声速武器的关键在3D打印

 
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