ハーメウスは3Dプリントを使用してエンジン部品を製造し、商業用極超音速飛行の実現に貢献

2022年11月26日、アンタークティックベアは、極超音速航空機の新興企業であるハーメウスが新たなマイルストーンを達成したことを知りました。同社の主力ターボサイクルエンジン「キメラ」は、ターボジェットからラムジェットへの移行が成功していることを証明しています。この移行により、再利用可能な極超音速航空機は、高マッハ速度まで加速する前に通常の滑走路から離陸することが可能となり、これは極超音速飛行を現実のものにするための重要な技術的成果の 1 つです。
△ハーメウス社の将来の商用極超音速航空機「ハルシオン」のレンダリング。画像提供：Hermeus。
このマイルストーンは、人々をより速く結びつけ、商業飛行に切望されているイノベーションをもたらす世界最速の航空機を製造するというハーメウスの取り組みを体現しています。ハーメウス社によれば、同社の航空機がマッハ5（超音速機コンコルドの2倍以上の速度）に達すると、乗客は90分で大西洋を横断したり、ロサンゼルスからホノルルまで1時間で移動できるようになるという。
スタートアップ企業の最初の航空機である遠隔操作の極超音速飛行機「クォーターホース」の動力源として、ハーメウスは15パーセントの付加製造部品を使用したキメラエンジンを使用する予定だ。このタスクを達成するために、エンジニアは Velo3D のオリジナルの Sapphire マシンと大型の Sapphire XC マシンを購入しました。どちらのプリンターもインコネル 718 用に調整されており、Hermeus 社の Chimera エンジンだけでなく、Quarterhorse 航空機の部品の製造にも使用されます。
△Hermeus のエンジニアが Velo3D サファイアシステムの最初のコンポーネントから粉末を取り除いています。画像はHermeus提供（LinkedIn経由）です。
昨年9月、ハーメウスの最高技術責任者（CTO）グレン・ケース氏は、金属3Dプリントが同ブランドの垂直統合型生産計画の中核をなす要素であると述べた。社内生産により、スタートアップ企業はエンジニアと技術者の間で緊密なフィードバックループを維持することができ、これが同社の迅速な反復能力の鍵となります。さらに、垂直統合により外部サプライヤーへの依存が減り、サプライチェーンをより適切に管理できるようになります。サプライチェーンは航空業界におけるパンデミックの主要な後遺症の 1 つとなり、世界中の航空機の運航に悪影響を及ぼしています。
このような差し迫った状況を考えると、 3Dプリントは断続的なサプライチェーンの混乱に対処するためのより現実的な選択肢となっています。 Hermeus 社による Velo3D の付加製造技術の使用は、特にサファイアがパフォーマンスの向上、コンポーネントの統合、航空機の重量の軽減、外部への依存の最小化にどのように役立つかを示す素晴らしい例です。
創設者兼 CEO のベニー・ブラー氏は、Velo3D マシンの最新のアプリケーションに熱意を示し、「極超音速飛行は航空学の中でも極めて難しい分野であり、ハーメウスが到達する速度では、温度、振動、空気力学のすべてが航空機の飛行性能に大きく影響します」と述べました。
キメラの構築
Hermeus チームは、わずか 21 か月と 1,800 万ドルで、Chimera を設計、構築、テストしました。 Hermeus の創設者兼 CEO である AJ Piplica 氏は、この成果は Hermeus にとって技術的なマイルストーンであるだけでなく、業界の同業者よりもはるかに少ない予算で少人数のグループがハードウェアをプロトタイプからテストまで迅速に実行できることの「概念実証」でもあると説明しました。
ほとんどの極超音速プラットフォームはロケットを使用するが、ハーメウスのアプローチでは、従来の空港の既存のインフラを利用できる。さらに、加速にロケットを必要としないオムニジェット極超音速エンジンを開発することで、ハーメウスは運用可能な極超音速飛行の条件を整え、航空機をすぐに再利用できるようにした。これにより、フラッグシップのタービン複合サイクル (TBCC) キメラエンジンは極超音速領域でユニークなものになります。
△ 3Dプリント部品を使用したフルスケールのマッハ5エンジン、ヘルメウスのキメラ。画像提供：Hermeus。
このエンジン設計のもう一つの利点は、既存の輸送インフラに適合するように調整できることです。これは極超音速テストにとって重要であるだけでなく、ハーメウスが極超音速飛行による旅客旅行を大幅に加速することを目指していることからも重要です。
さらに、エンジンは従来の技術に基づいて構築されています。極超音速旅客機の実現に向けて、ハーメウス社はNASAと協力し、同機関が数十年にわたって研究してきた高速飛行技術の商業化に取り組んでいる。宇宙法協定（SAA）に基づくこのパートナーシップを通じてNASAとHermeusが開発した技術的ソリューションは、最初のシリーズの航空機のTBCCの中核をなしています。
極超音速飛行の推進
ハーメウス社によると、運用開始後はキメラは他のジェット機と同様に低速でターボジェットモードで運航することになるという。しかし、温度と吸入空気速度が上昇すると、ターボジェットはマッハ2程度で性能限界に達します。キメラのプレクーラーはターボジェットに入る空気の温度を下げることが期待されており、これによりハーメウスはラムジェットに移行する前にターボジェットからより多くの性能を引き出すことができるようになる。最終的に、マッハ 3 付近で、キメラはターボジェットに入る空気をバイパスし始め、ラムジェットがその役割を引き継ぎます。
△キメラはターボジェットとラムジェットのハイブリッドであるタービンベースの複合サイクルエンジン（TBCC）です。画像提供：Hermeus。
2022年6月にキメラの全速地上テストが成功した後、チームは最新のテストキャンペーンのためにノートルダムターボ機械研究所の極超音速研究施設に移動しました。ハーメウス社は、同研究所が最近完成した極超音速燃焼試験セルを使用した。この試験セルは、加熱された空気を放出して極超音速の温度と圧力をシミュレートする。
「ノートルダムの施設は飛行中と同じような条件を作り出すことができる」とケース氏は語った。「このテストを地上で完了させることで、来年開始するマッハ4分の1の飛行テストキャンペーンのリスクが大幅に軽減される」
ターボジェットからラムジェットへの移行が繰り返し実証されてきたことから、ハーメウスチームは現在、最初のクォーターホース航空機を製造し、2023年後半に飛行試験を開始することを目指して競争している。ハーメウス社は、最初の旅客機が2029年に飛行を開始する可能性があると見積もっている。

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