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美國空軍在阿諾德基地探索高超音速3D打印技術

魔猴君  行業(yè)資訊   853天前

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導讀:高超音速是一項熱門研究領域,人們希望可以研制出高于聲音幾倍速度的飛行器。為了達到超過5馬赫的速度,金屬需要不斷突破極端環(huán)境下的高溫。目前,已經有越來越多的高超音速研究人員,轉向嘗試使用3D打印技術,利用該技術獨特的材料和技術,開發(fā)超級零件。

美國空軍的白橡樹9號超高速風洞,正在測試末端高空區(qū)域防御(THAAD)導彈

2022819日,南極熊獲悉,美國空軍正在馬里蘭州白橡樹的阿諾德工程發(fā)展中心,測試3D打印在超高速風洞的作用。

超高速風洞早期的3D打印研究

該風洞由美國空軍,用于高超音速地面測試和計算模擬的驗證。該設施團隊最初在七年前購買了一臺桌面材料擠壓機,但無法生產任何實質性的東西。2019年,9號風洞系統和氮氣供應工程師Samuel Gigioli著手重新啟動3D打印項目。這一次工程師們,利用該技術打印了塑料安裝夾具、固定裝置、量具和其它等工具。

末端高空區(qū)域防御(THAAD)導彈,旨在攔截和摧毀大氣層內外的彈道導彈,而這些導彈正處于飛行的最后階段。這里顯示的THAAD導彈是在AEDC位于馬里蘭州白橡樹的9號超高速風洞設施中,以收集高精度的靜態(tài)穩(wěn)定性和阻力數據。一旦證明,相同的測試模型和儀器將用于馮卡門氣體動力學設施,以確認兩個AEDC設施之間存在互補的測試能力。

因此,他們又購買了兩臺3D打印機,包括用于制造詳細部件的大桶光聚合機,和一臺大尺寸的長絲擠出機。通過內部3D打印,該小組能夠在短短幾小時內獲得部件,而不是幾周時間。Gigioli說:已經有一些3D打印工具原型應用于風洞測試。事實上,一個非常關鍵的航空光學部件,就是采用我們的樹脂3D打印機制作的,還有一些打印機制作測量或其它雜項部件。

△3D打印耐高溫金屬襯墊特寫 

超高速風洞使用耐高溫金屬3D打印襯墊

20192月,該小組進行了更為先進的3D打印研究,使用激光粉末床融合技術,為9號風洞制作開啟了一個耐高溫金屬3D打印硬件項目。其目的是縮短隧道內使用的高溫部件的交貨時間和成本。

Gigioli說:"9號風洞的零件,持續(xù)面臨著非常高的高壓和高溫,這些零件的壽命明顯短于其它風洞內的零件?,F在,采用3D打印技術,這些部件可以承受高達3000華氏度的高溫(1648°度)。這就是為什么該技術制作金屬的原因,在極端高溫環(huán)境下變形相對較小的金屬。"

Gigioli領導這個團隊,管理材料、設備和打印機,同時與9號風洞首席設施工程師Nicholas Fredrick一起工作。一個承包商負責打印零件,管理生產工作流程,而另一個承包商提供打印粉末并進行材料特性分析。

超高速風洞使用3D打印制造的耐高溫金屬襯墊。它是保障風洞在高馬赫運行下的組件之一,它可以承受幾千度的溫度。外徑約為3英寸,內徑約為2英寸,長度為3英寸

在該團隊打印的零件中,這個金屬3D打印耐高溫襯墊是超高速風洞穩(wěn)定運行的關鍵結構件。該部件被放置在9號風洞的兩個爆破隔膜之間,是隧道中作為高速閥門運行的一個組件的一部分。據Gigioli說,3D打印的襯墊比傳統制造的對應部件性能更好。"Gigioli表示:該部件的制造成本更低,制造和交付速度更快,而且對循環(huán)溫度負荷的彈性更強,3D打印工藝在材料中創(chuàng)造了非常獨特的微觀結構,因此,該零件的結構和熱性能與傳統的鍛打金屬坯料不同。"

接下來,該團隊將測試一個3D打印的顆粒分離器,用于過濾隧道內空氣中的顆粒,一旦完成,該部件將在九月左右在高馬赫條件下進行測試。隨著先進的3D打印技術飛速發(fā)展,目前,全球參與高超音速軍備競賽的還有普渡大學、Astro America、Orbital ATK、Raytheon,以及VELO3D、GELockheed Martin等。



來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/43152.html

   
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