人工智能 3D 打印 高超音速预冷器用于空天飞机
LEAP 71 和 Farsoon 推出的部件是一个 1.5 米高的超音速预冷器。该部件由 Noyron AI 计算，并在一台 Farsoon 大型激光粉末床系统上一次性打印而成。目标是制造一个关键部件，用于空气呼吸式发动机，使空天飞机能够一次性从跑道飞入轨道。本文将探讨其开发过程、声明的可靠性以及其对开发者、工程师和技术爱好者的重要性。
Quelle: 自主设计
引言
它本质上是高超音速发动机的一种热交换器，旨在在空气进入发动机之前，在极短的时间内将其冷却下来。这类部件通常被描述为预冷器或高超音速预冷组合循环发动机 (HPCCE) 的一部分。这是一种组合式发动机，它首先利用空气作为氧化剂，然后像火箭一样使用液氧。
在高超音速速度（约 5 马赫以上）下，由于压缩作用，进入的空气会被加热到 1000 摄氏度以上。这使得传统的涡轮机和许多材料都达到了极限。一个非常轻巧、性能极佳的预冷器可以快速冷却空气，从而实现更轻便的发动机和机体。这个概念多年来一直在被追求，例如在 SABRE-Programm von Reaction Engines 。
背景
LEAP 71 是一家总部位于迪拜的公司，自认为是计算工程领域的先驱。在这种工程模式下，人工智能模型根据物理规则、生产要求和测试数据生成完整的部件和机器。核心是 Noyron, ein großes Computational-Engineering-Modell, ，该公司表示，该技术能够独立生成可以直接生产的几何形状，而无需先手动进行 CAD 设计。
Farsoon Technologies 是一家总部位于中国的工业激光粉末床熔融 (LPBF) 设备制造商。该公司提供包括大型 FS811M-Plattform mit einem Bauraum von 840 x 840 x 960 Millimetern und bis zu zwölf Lasern 在内的设备。制造预冷器的 FS811M-U-8 型号是市面上最大的商用金属 LPBF 系统之一，专为制造非常高的部件和大批量生产而设计。
Quelle: additive.industrie.de
数字 3D 模型说明了通过 3D 打印制造复杂部件的设计过程——这是人工智能辅助设计的一个核心方面。
当前状态
2025 年 11 月 12 日，LEAP 71 和 Farsoon 公布了他们共同开发的一款 1.5 米高的超音速预冷器概念，并使用 FS811M-U-8 金属 3D 打印设备进行了制造。该部件被描述为空气呼吸式运载火箭的关键组件，该火箭可以一次性从跑道起飞进入轨道。
2025 年 11 月 12 日至 17 日期间，包括 TCT Magazine, All3DP, Metal AM 和 3D Printing Industry 在内的多家行业媒体报道了该项目，并强调了人工智能设计与大型金属增材制造相结合的优势。所有信息来源均证实了该部件的高度、制造工艺以及 Noyron 在几何形状生成中的作用。
根据 LEAP 71 的说法，Noyron 使用了一种所谓的 fractal folding algorithmus ，它可以折叠换热器的内部结构，以产生尽可能大的换热表面积，同时又不至于过多地阻碍气流。TCT Magazine 描述说，这种复杂的结构将极热的空气与液氢冷却区域隔开，并实现了极其紧凑的热交换器。
制造商明确强调，这是一个概念部件，将在 2025 年法兰克福 Formnext 展会上于 Farsoon 展位展出，以展示此类结构在此规模上的可行性。目前尚未公开有关质量、热流、压降或操作条件的具体指标。
分析与背景
在 LEAP 71 方面，预冷器主要展示了计算工程的强大之处：该公司将 Noyron 描述为一个模型，该模型根据物理规则、生产限制和测试数据独立生成可制造的几何形状，而无需人工进行传统的 CAD 建模。在一篇相关的文章中， VoxelMatters 强调，同一系列软件已经生成了复杂的火箭发动机部件，LEAP 71 更倾向于将其定位为软件和模型提供商，而不是传统的发动机制造商。
Farsoon 利用该项目展示，大型金属 LPBF 系统如今可以一次性制造高度超过一米且具有极其复杂内部通道的部件，这对于传统制造来说需要许多单独的零件和连接点。更少的焊缝和密封点意味着更少的潜在弱点——在高超音速应用中，热应力和振动极高，这一点至关重要。
从更宏观的角度来看，预冷器是长久发展线路上的一次延续：与 SABRE 概念类似的反应式冷却和预冷发动机也旨在一次发射将空天飞机送入轨道，但它们依赖于极其精细、难以制造的热交换器结构。Reaction Engines 公司虽然能够在地面上证明其预冷器实验室样机能够极快地冷却马赫 5 温度的空气流，但尽管经过多年的研发，仍未能投入实际飞行系统。这表明其实现的难度有多大。
对于媒体和展会展示来说，该项目非常理想：其引人注目的几何形状提供了强烈的视觉冲击，而人工智能、3D 打印和航空航天的结合触及了多个未来主题，专业门户网站可以对其进行详细报道。同时，其背后有一个严肃的技术议程：在各种研究中，非常紧凑、轻质的热交换器被认为是实现高超音速发动机高效、可重复使用和经济性的关键前提。
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Reaction Engines 的视频生动地展示了预冷器在空气呼吸式火箭发动机中扮演的角色，以及这些系统必须应对的巨大热负荷。
Quelle: cnc-mundinger.de
一个 3D 打印的火箭发动机，带有复杂的冷却通道——这为高超音速预冷器所需的精度提供了一个例子。
事实与未解之谜
已被证实的是，LEAP 71 和 Farsoon 开发了一个 1.5 米高的超音速预冷器概念，并使用 FS811M-U-8 型大型金属 LPBF 系统进行了制造，其几何形状由 Noyron 生成。多家独立的行业媒体证实了其尺寸、制造工艺以及人工智能的作用。
同样有充分证据表明，用于组合式发动机的超音速预冷器是利用空气作为氧化剂直至马赫 5 以上而不发生热失效的关键构建块。Reaction Engines 在地面测试中能够证明其预冷器可以在极短时间内冷却过热的空气，这支持了这类概念的基本可行性。
然而，LEAP 71 和 Farsoon 的新部件具体性能如何，仍然不清楚，因为至今尚未公开有关物质流、温差、压降、质量或寿命的公开数据。尚未明确是否已进行过真实热气流或低温冷却的实验，或者目前主要是否为制造技术演示。
将概念部件视为可立即用于可重复使用的空天飞机的解决方案是误导性的。关于材料、热冲击、氧化行为和批量生产可行性的研究表明，即使是经过优化的换热器，高超音速系统仍然面临许多技术障碍。SABRE 和类似项目的历史清楚地表明，从成功的地面测试到可靠、经济的飞行操作之间的差距有多大。
影响与结论
作为开发者或技术爱好者，您可以通过此项目了解设计过程的巨大转变。与其逐个特征在 CAD 中设计几何形状，不如知识越来越多地以代码形式建模，而形状则是这些模型的产物。如果您希望未来在类似领域工作，值得关注多物理场仿真、生成式设计、工程系统软件和增材制造的局限性等主题。
对于增材制造而言，该预冷器是一个可见的例子，说明大型、功能集成化的金属部件可以一次性制造出来——具有精细的通道、大的表面积以及同时具备结构稳定性。这也会影响其他行业：从能源技术、化工厂到流程工业中紧凑型热交换器，这些领域都面临类似的热挑战。
为了更好地进行评估，一些简单的检查会有所帮助：当一个项目像这样被介绍时，不仅要阅读新闻稿，还应该阅读关于高超音速发动机和微型换热器的科学综述文章，以了解哪些问题已经解决，哪些仍然存在。此外，在从技术演示器推断出短期实际应用之前，搜寻独立的测试报告和长期研究是有益的。
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关于 AI 设计的热交换器的视频为您提供了额外的视角，展示了数据驱动的方法如何改变这些组件的设计，以及由此产生的新的优化可能性。
Quelle: addmangroup.com
愿景：可重复使用的空天飞机，利用包括人工智能辅助金属 3D 打印高超音速预冷器在内的先进技术，重新定义航空航天的界限。
尚未明确的是，该新部件在实际测试活动中的表现如何：目前尚未公布有关预冷器是否已在高超音速温度下使用热空气或热气体流进行操作，以及达到了何种温度和压力水平的数据。同样，也缺乏有关材料选择、制造时间、后处理和测试方法的信息，这些对于全面评估其工业适用性至关重要。
科学文献表明，关于热冲击下的寿命、在氧化环境中的长期性能以及此类复杂 3D 打印换热器的可修复性等问题，仍需进行深入研究。此外，还需要在系统层面解决如何将这些部件集成到完整的发动机以及最终的空天飞机中，以满足安全、成本和可维护性的高要求。
LEAP 71 和 Farsoon 的 AI 设计金属部件有力地象征着工程工作的变化：知识转化为模型，强大的 3D 打印系统将这些模型直接转化为高度复杂的硬件。对于高超音速和航天发动机，以及许多其他高温应用，这有望实现以前根本无法制造的热交换器。
与此同时，从一个令人印象深刻的概念部件到稳健、认证且经济可行的系统，这一步仍然很大——同一领域内的其他项目已经非常清楚地表明了这一点。如果您关注此主题，建议您既要对新可能性保持热情，也要带有一份健康的技术怀疑精神，并仔细审视桌面上的实际数据以及还有多少问号需要解答。