美國空軍在阿諾德基地探索高超音速3D打印技術(shù)
魔猴君 行業(yè)資訊 852天前
導(dǎo)讀:高超音速是一項(xiàng)熱門研究領(lǐng)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(dá)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(jīng)有越來越多的高超音速研究人員,轉(zhuǎn)向嘗試使用3D打印技術(shù),利用該技術(shù)獨(dú)特的材料和技術(shù),開發(fā)超級零件。
△美國空軍的白橡樹9號超高速風(fēng)洞,正在測試末端高空區(qū)域防御(THAAD)導(dǎo)彈
2022年8月19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(fēng)洞的作用。
超高速風(fēng)洞早期的3D打印研究
該風(fēng)洞由美國空軍,用于高超音速地面測試和計(jì)算模擬的驗(yàn)證。該設(shè)施團(tuán)隊(duì)最初在七年前購買了一臺桌面材料擠壓機(jī),但無法生產(chǎn)任何實(shí)質(zhì)性的東西。2019年,9號風(fēng)洞系統(tǒng)和氮?dú)夤?yīng)工程師Samuel Gigioli著手重新啟動3D打印項(xiàng)目。這一次工程師們,利用該技術(shù)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(dǎo)彈,旨在攔截和摧毀大氣層內(nèi)外的彈道導(dǎo)彈,而這些導(dǎo)彈正處于飛行的最后階段。這里顯示的THAAD導(dǎo)彈是在AEDC位于馬里蘭州白橡樹的9號超高速風(fēng)洞設(shè)施中,以收集高精度的靜態(tài)穩(wěn)定性和阻力數(shù)據(jù)。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(xué)設(shè)施,以確認(rèn)兩個AEDC設(shè)施之間存在互補(bǔ)的測試能力。
因此,他們又購買了兩臺3D打印機(jī),包括用于制造詳細(xì)部件的大桶光聚合機(jī),和一臺大尺寸的長絲擠出機(jī)。通過內(nèi)部3D打印,該小組能夠在短短幾小時內(nèi)獲得部件,而不是幾周時間。Gigioli說:“已經(jīng)有一些3D打印工具原型應(yīng)用于風(fēng)洞測試。事實(shí)上,一個非常關(guān)鍵的航空光學(xué)部件,就是采用我們的樹脂3D打印機(jī)制作的,還有一些打印機(jī)制作測量或其它雜項(xiàng)部件。”
△3D打印耐高溫金屬襯墊特寫
超高速風(fēng)洞使用耐高溫金屬3D打印襯墊
2019年2月,該小組進(jìn)行了更為先進(jìn)的3D打印研究,使用激光粉末床融合技術(shù),為9號風(fēng)洞制作開啟了一個耐高溫金屬3D打印硬件項(xiàng)目。其目的是縮短隧道內(nèi)使用的高溫部件的交貨時間和成本。
Gigioli說:"9號風(fēng)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(fēng)洞內(nèi)的零件?,F(xiàn)在,采用3D打印技術(shù),這些部件可以承受高達(dá)3000華氏度的高溫(1648°度)。這就是為什么該技術(shù)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(lǐng)導(dǎo)這個團(tuán)隊(duì),管理材料、設(shè)備和打印機(jī),同時與9號風(fēng)洞首席設(shè)施工程師Nicholas Fredrick一起工作。一個承包商負(fù)責(zé)打印零件,管理生產(chǎn)工作流程,而另一個承包商提供打印粉末并進(jìn)行材料特性分析。
△超高速風(fēng)洞使用3D打印制造的耐高溫金屬襯墊。它是保障風(fēng)洞在高馬赫運(yùn)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(nèi)徑約為2英寸,長度為3英寸
在該團(tuán)隊(duì)打印的零件中,這個金屬3D打印耐高溫襯墊是超高速風(fēng)洞穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。該部件被放置在9號風(fēng)洞的兩個爆破隔膜之間,是隧道中作為高速閥門運(yùn)行的一個組件的一部分。據(jù)Gigioli說,3D打印的襯墊比傳統(tǒng)制造的對應(yīng)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(fù)荷的彈性更強(qiáng),3D打印工藝在材料中創(chuàng)造了非常獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu),因此,該零件的結(jié)構(gòu)和熱性能與傳統(tǒng)的鍛打金屬坯料不同。"
接下來,該團(tuán)隊(duì)將測試一個3D打印的顆粒分離器,用于過濾隧道內(nèi)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(jìn)行測試。隨著先進(jìn)的3D打印技術(shù)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(xué)、Astro America、Orbital ATK、Raytheon,以及VELO3D、GE和Lockheed Martin等。
來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/43152.html