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用於小型高超音速防禦飛行器,4,000 磅推力閉式迴圈發動機正在商業化

2024-01-01軍事

航空航天企業Ursa Major 在高超音速推進領域邁出了關鍵一步,Ursa Major專註於火箭推進,將高效能、分級燃燒發動機推向太空發射和高超音速套用市場,Ursa Major組裝並商業化專為下一代高超音速飛行套用量身客製的首款4,000 磅推力閉式迴圈發動機Draper ,並進一步開發用於太空發射的 20 萬磅推力 Arroway 發動機,Draper發動機將助力美國在高超音速防禦領域取得飛躍。

超音速的「超跑」

根據3D科學谷,3D打印技術以其能夠快速制備具有高材料效能、異形結構、整體特性的零部件特點,在高超音速飛行器相關領域得到了愈發廣泛的套用,包括3D打印在金屬、陶瓷、碳纖維材料、金屬陶瓷連續體等方面的套用。3D打印可能是贏得超音速競賽的關鍵,金屬3D打印在其中的套用空間很大,包括金屬3D打印3D打印超燃沖壓發動機幾乎全部的零件,3D打印熱混合動力發動機中防止結冰的推進劑註射器系統,結構部件等。

3D打印成就新一代戰鬥機

© 3D科學谷

美國正處於高超音速軍備加速跑的狀態,以五倍或更多音速行駛的飛行器可能會改變戰爭。幾個小時後,透過高超音速飛行器,一個監視平台或有效載荷就可以放置在地球上的任何地方。根據3D科學谷的了解,實作該技術的關鍵是極高效能的形狀,最佳化和減輕重量的結構。這就是 3D 打印的用武之地。

Draper是一款革命性的新型發動機,可用於防禦高超音速武器。使用可儲存的過氧化氫/煤油推進劑, 將固體火箭發動機的可靠性和便攜性優勢與液體發動機的更高效能和可操作性結合起來。 這些品質使 Draper 能夠更好地用於高超音速飛行器,使其成為需要按需發射的小型高超音速防禦飛行器的理想選擇。

傳統上,固體火箭發動機為用於測試飛彈防禦系統的車輛提供動力,但它們無法即時改變推力以主動節流並響應不斷變化的條件。隨著對抗性高超音速武器變得越來越復雜和不穩定,Draper等 液體火箭發動機賦予高超音速防禦所需的機動性和靈活性

此外,過氧化氫是一種「綠色」可儲存推進劑,與傳統肼系統的毒性相比,它提高了安全性並降低了環境危害的風險。根據西北工業大學的【過氧化氫液體火箭發動機技術綜述】,隨著液體推進劑的發展,以過氧化氫為代表的綠色自燃推進劑越來越受到人們的青睞。過氧化氫具有密度比沖高、無毒無汙染、高比熱、常溫可儲存、可單分解、可自燃等優點,非常適合做現代火箭發動機的氧化劑 。在未來的航天開發中,過氧化氫發動機必將得到越來越廣泛的套用。

超音速背後的3D打印

Draper 的元件大部份是 3D 打印的,這使得開發過程中可以快速叠代並擴大生產以滿足市場需求。除了 Draper 和 Hadley 之外,Ursa Major 還熱火了 50,000 磅推力的液氧/煤油Ripley發動機,並正在開發 200,000 磅推力的液氧/甲烷Arroway發動機。

使用 3D 打印,Ursa Major 可以將燃燒室的生產和交付周期 從六個月縮短到一個月 。按品質計算, Ursa Major 火箭發動機 80% 以上是 3D 打印的 。 在揚斯敦實驗室,該公司生產用於太空發射和高超音速套用的銅合金發動機部件。

NASA開發的合金

© 3D科學谷

根據Ursa Major, 目前每年為美國空軍和包括小型發射器初創公司 Phantom Space 和 Stratolaunch 在內的多家商業客戶生產約 30 台 5,000 磅推力Hadley發動機。

美國空軍研究實驗室正在支持 Arroway 的開發,這是一種用於中型和重型運載火箭的可重復使用的液氧和甲烷分級燃燒發動機,預計將於 2025 年投入使用。

Ursa Major 的工廠將工程、制造和測試集中在一個園區內。可縮短開發周期並降低成本,打造高效的推進創新和生產生態系。Ursa Major贏得了美國空軍研究實驗室的合約,以支持該公司兩款火箭發動機的開發。

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