高超声速武器开发：3D打印如何大展身手？
“在高速武器领域，（3D打印）技术成为基本的工具，因为它是使用特殊材料制造大型结构的唯一途径。”
——雷神公司先进导弹系统负责人Tom Bussing
这是一场高超音速武器的开发竞赛。美国军方研发人员正在开发一种能够以5倍音速突破目标防御系统的导弹。现在看来，一项原本与之无关的尖端技术——3D打印，有可能成为制造高超音速武器的关键。
这背后的秘密在于，要制造出高超声速的系统，就需要一些非常特殊的材料和形状非常复杂的部件，常规制造方法很难实现他们，而这些却都是3D打印技术的长项。
在一台3D打印机中“生长”部件可以直接制造出比传统的制造工艺复杂得多的形状。而后者通常先要用模具铸造出基本形状，然后切削至所需要的形状。
例如，冷却对于各种发动机都至关重要。甚至普通客机的涡扇发动机在运行时温度也通常在其部件材料熔点的400度以上，要使其保持良好的状态，只有通过复杂的冷却通道网络。现在想想一架高超音喷气式飞机以10倍于其的速度穿过空气，也就是超过5马赫的速度，那得产生多高的温度，对冷却系统的要求又得多高？
因此如果你想要在一件传统制造的部件上加上冷却管道，就必须在上面钻出成群的孔（希望你没有削弱它太多）。而如果你想要在3D打印部件中拥有冷却管道的话，只需要设计好管道路径，在打印的时候一并打印出来即可。更重要的是，如果您在传统制造的部件上去钻那些冷却管道时，它们往往是直的；而通过3D打印的话则可以生成螺旋或者其它的精巧形状以更有效率的散热。
“如果它效率更高，就意味着您可以把它的体积变得更小。”Bussing说：“然后它持续飞行的时间也会更长，飞行距离更远。”
目前雷神公司已经在一些武器部件的制造中使用3D打印技术了，比如在阿富汗的美军中使用的Excalibur精确制导炮弹。未来，"我们正在考察用增材制造技术生长出整个武器。”Bussing说：“我们刚刚在某种独特的机器上进行了一项大的投资来做一些非常、非常大的结构。”
至少，其中的一些大结构可能会用于高超声速飞行器。雷神公司目前正在与洛克希德·马丁公司竞争两个DARPA项目，并可能在其中使用3D打印技术。这两个项目分别是：战术助推滑翔（TBG）和高超声速吸气式武器概念（HAWC）。
战术助推滑翔在俄罗斯和中国已经完成测试：当火箭发动机将导弹速度提高到超音速之后，它会滑向目标。其目的是要让导弹像掷出的石头在水面上打水漂那样在空气中“打水漂”，从而使其能够以极快的速度飞行很远的距离。这项研究需要在空气动力学、稳定性、控件以及材料方面取得进展，Bussing表示，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，则总体上依靠自己喷气产生的动力来飞行，这种方法比助推滑翔的飞行距离少一些，但是机动性更好，而且相关的吸气设备也要小得多。火箭必须携带大量的氧化剂来燃烧它的燃料，而喷气式飞机只需吸大气中的氧气就可以了。但是正常的喷气式飞行器在以5马赫以上的速度移动时要从空气中吸气还是需要一些突破性的设计的——再一次，3D打印技术可以用来制造各种高复杂度的形状。
文章来源：天工社
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