仿真與3D列印重塑超音速飛行未來的單座測試飛機

2020-12-05 3DScienceValley

2019年6月，美國武器開發商雷神公司(Raytheon)宣布與諾格公司(Northrop Grumman)合作開發一種稱為吸氣式高超音速概念的武器(HAWC)，兩公司合作的產品已準備好進行首飛，其中諾格負責製造超燃衝壓發動機，雷神則製造飛行器。諾格公司打算完全通過3D列印的方式來製造超燃衝壓發動機全部的零件，這是全球首例。

而如今，3D列印不僅在超燃衝壓發動機方面，而是在包括碳纖維材料及更多零件的製造方面，重塑超音速飛機的飛行未來。

仿真結合3D列印

根據3D科學谷的市場觀察，Boom開發的Boom XB-1並非是客機尺寸，而是縮小版的Overture超音速飛機的原型，這個原型將對大型噴氣式飛機的成功至關重要的組件進行測試。

Boom超音速飛機的開發與組裝現場

Boom將於2020年10月7日舉行XB-1的現場公開演示，該飛機將測試並演示用於開發更大的超音速Overture的原理，Overture是一架針對商業運營商的客機。通過XB-1將證明安全、高效和可持續的超音速旅行的關鍵技術。

Boom超音速飛機

較小的飛機與Overture的不同之處在於，它擁有三臺現成的J85通用電氣發動機，並使用加力燃燒器進行超音速飛行。不過這兩種飛機相同的地方是都將從模壓碳纖維複合材料中受益，該複合材料可提供出色的強度對重量比，更好地處理與超聲速相關的高溫。這些複合材料直到最近才獲得美國聯邦航空局（FAA）的批准。

Boom超音速飛機經歷數百種仿真迭代

這兩架飛機還利用計算機仿真軟體和3D列印的優勢，使得設計和製造過程更快、更高效。Boom的優勢在於可以在數百種計算機仿真中迭代和測試設計，相比於使用風洞對設計進行迭代，不僅成本高昂，而且非常耗時。

Boom超音速飛機

工程師能夠在飛機的設計過程中運行數千個計算機模擬計算，仿真和3D列印對提升Boom的設計效率很重要，基於市場對長途航空旅行的巨大需求，數十年的技術進步以及燃油效率的提高，Boom發力運行經濟性大大改善的超音速客機，通過下一步要開發的Overture以便使乘機的成本與目前的公務艙旅行相當，據稱已經獲得了日本航空和維珍航空的預定。

Boom還試圖通過使用最新的降噪技術來提高環保意識，確保其發動機的穩定性與低碳排放，面向可持續的航空燃料兼容，並建立LEED認證的裝配線。

關於碳纖維在飛機領域的應用，根據3D科學谷的市場研究，3D列印部件會在邊界處通過裂紋擴展、分層或發生其他失效缺陷。為了獲得熔融長絲製造的最佳材料性能，聚合物長絲和所得噴嘴擠出來的熔融材料必須具有均勻且光滑的表面。

3D科學谷Review

碳纖維

根據3D科學谷的市場研究，在這方面，美國矽谷的一家Arevo Labs公司通過對3D列印材料（和用於熔融長絲製造的噴嘴擠出物）實現更平滑和均勻的表面光潔度以提高材料性能並改善3D列印性能。

而另外一家來自美國加州的企業ArrisComposites最近還獲得了4850萬美金（約人民幣3.4億）的B輪融資，其目的是實現下一代大眾市場的連續纖維複合材料3D列印生產級應用。

Arris Composites通過其專有的Additive Molding製造技術實現了高強度和輕量化複合零件的批量生產。通過這種新工藝，可以以與塑料成型產品相同的速度生產高級碳纖維材料。為了釋放應用端的潛力，Arris Composites為企業內部設計協作和應用工程團隊開發了獨特的軟體工具。現在，應用端可以通過Arris Composites的設備和軟體設計和生產以前不可能的產品，這些產品具有高度集成性，比金屬更堅固、更輕。

超音速發動機

l GE

發動機方面，2018年GE公司就宣布該公司已經完成了半個世紀以來首個商用噴氣式飛機專用超音速發動機和首個民用超音速發動機的初步設計。該公司將旗下Affinity渦扇發動機經行特殊改裝優化，採用了經過驗證的超音速飛行技術，能夠滿足Aerion AS2的超音速飛行要求。AS2客機可搭乘12名旅客，計劃2023年首飛，2025年交付運行。

l 洛克達因

其他製造商也在超音速發動機領域紛紛取得了巨大進展，根據3D科學谷的市場觀察，就在2019年6月，Aerojet Rocketdyne （洛克達因）宣布其為美國國家航空航天局(NASA)和美國國防高級研究計劃局(DARPA)製造的新型高超音速發動機已經成功通過測試。

Aerojet Rocketdyne 超音速推進技術的積累已超過了30年，Aerojet Rocketdyne的超燃衝壓發動機曾為創記錄的X-51A WaveRider測試提供動力。

l Orbital ATK

而早於2016年，美國軍工巨頭Orbital ATK對外公布，該公司在美國航空航天局(NASA)Langley研究中心成功測試了3D列印高超音速發動機燃燒室。3D列印高超音速發動機燃燒室不僅達到甚至超過了所有性能要求，而且也創造了同類設備中可承受最長持續時間推進風洞測試紀錄，標誌著超音速航空技術更進一步。

l Reaction Engines

根據3D科學谷的市場觀察，英國Reaction Engines公司也在設計和開發新一代創新超音速推進系統SABRE，其中也應用了3D列印技術。SABER是一種混合動力發動機，能夠在低空和高空飛行, 這種混合動力發動機的發展的一個重大突破是Reaction Engines專有的換熱器技術,在此熱交換過程中防止結冰的推進劑注射器系統使用3D列印增材製造技術製造。

高溫陶瓷

除了金屬3D列印技術在高超音速推進系統中的應用，根據3D科學谷的市場觀察，高溫陶瓷3D列印技術也是超音速飛行器製造領域突破的重點領域。3D列印兩類陶瓷。一類是大、 非常輕量級的點陣晶格結構，可以用於飛機和太空飛行器的耐熱板及其他外部部件。一類是小但複雜零件用於噴氣發動機和火箭的機電系統或組件。

總體來說，3D列印技術與高超音速航天發動機製造經驗的結合，為研發下一代高超音速推進系統奠定基礎。

關於3D列印在發動機領域價值創造的詳細剖析，敬請查閱已經發布的《3D列印與航空發動機白皮書》

網站投稿請發送至2509957133@qq.com

相關焦點

  • 3D列印或是未來超音速飛彈和飛機的關鍵
    打開APP 3D列印或是未來超音速飛彈和飛機的關鍵 工程師3 發表於 2018-05-04 10:02:00 如果通過3D列印技術成型為複雜的幾何形狀，那其用途就更加特殊了。陶瓷材料的3D列印，可能是開發未來超音速飛彈和飛機的關鍵。 　　位於加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室，是由波音公司和通用汽車公司所合作擁有的專業從事研究傳感器和材料、 信息和系統科學、 應用電磁學和微電子的研究和發展實驗室。
  • 超音速飛行3d
    超音速飛行3d是一款賽車競速遊戲，休閒玩法，安裝包小，不佔內存，與其它的競速賽車遊戲不同，遊戲中增加了飛船的懸浮性，玩家所駕駛的車輛是以低空的狀態向前行駛的，增強了玩家的視覺享受，喜歡賽車競技的玩家，可以來試一下。
  • 全球首款超音速噴氣客機,Boom XB-1裝數百個3D列印零件
    南極熊獲悉，世界第一臺商用超音速飛機演示機Boom XB-1，將在2020年10月7日正式亮相。機身已經組裝好；機翼已經過測試並安裝；引擎已經準備就緒。XB-1的完整組裝展示了安全、高效和可靠的超音速飛行的關鍵技術，在未來超音速旅行有著裡程碑式的意義。這款飛機，從設計、製造和使用的材料上，都進行全新的重構。
  • Boom Supersonic推出部分零件由VELO3D 3D列印的XB-1飛機
    Boom今天在其位於科羅拉多州森特尼爾的機庫中為XB-1揭幕，標誌著超音速旅行的商業可行性轉折點，也展示了增材製造(AM)或3D列印在實現創新和加速產品開發中所表現出來的強大力量。此新聞稿包含多媒體內容。
  • 美國聯邦航空局發布超音速噴氣式飛機飛行測試規則
    美國聯邦航空管理局（FAA）發布了新的最終規則，以幫助為重新引入超音速商業飛行鋪平道路。美國空域監管機構的規則為希望獲得批准對正在研發的超音速飛機進行飛行測試的公司提供了指導，這其中包括像Boom Supersonic這樣的初創公司，該公司剛剛完成了其超音速驗證機，並希望在今年開始對其進行飛行測試。Boom公司正在完成5000萬美元的融資，在之前的各項籌資工作中已經籌集了約1.5億美元，該公司在去年10月份推出了XB-1超音速驗證機。
  • 美國公司展示新的超音速測試飛機
    科羅拉多州的Boom Supersonic公司計劃開發一種飛行速度超過音速的客機，上周首次展示了XB-1型飛機。該模型僅為測試目的而設計，不用於載客。Boom計劃明年開始對XB-1進行試飛。自2003年協和式飛機停止飛行以來，一些美國公司正在探索重新啟動超音速乘客旅行的方法。協和式飛機是一種由英國和法國聯合運營的超音速客機。
  • NASA開始進行靜音超音速飛機的風洞測試
    單純就旅行本身而言，飛得越快越省時間越好，超音速飛行理論上可以大幅縮短飛行所需的時間，故此一直很有誘惑力。但超音速飛行時，噴氣機巨大的噪音和極低的經濟性讓客機行業一直望而生畏，民航發揮也對其進行限制。
  • 超音速飛行
    那就是速度超過了聲音的速度，那麼大家想要體驗一下什麼是超音速麼？那麼大家可以下載這款超音速飛行，這款遊戲將能夠帶你體驗什麼是速度的魅力，什麼是比別人叫你一聲的聲音還要快，喜歡這款遊戲的小夥伴們快來下載體驗吧！
  • NASA部署30英裡麥克風陣列測試超音速飛機噪音
    未來終有一天安靜的超音速噴氣式飛機會遨遊天際，提供更快的商業和客運航班。而在此之前美國聯邦航空局（FAA）需要提前為超音速飛機制定新的規範。為了迎接新時代的到來，美國宇航局（NASA）計劃對洛克希德馬丁公司的X-59 QueSST進行測試，並使用長達30英裡的麥克風陣列進行驗證。
  • 維珍銀河超音速飛機，探索可持續高速飛行的未來
    維珍銀河超音速飛機近日，維珍銀河控股公司（Virgin Galactic，為個人和研究人員以及先進的航空太空飛行器製造商率先開展人類太空飛行。航空發動機製造商羅爾斯羅伊斯公司在提供高馬赫推進力方面擁有可靠的記錄，為唯一能夠進行超音速飛行的民用認證商用飛機（Concorde）提供動力。在高速推進方面有著獨特的歷史，可追溯到協和飛機，並提供世界一流的技術能力來開發和部署為商業化的高馬赫旅行提供動力所需的先進推進系統。
  • 美F35飛行員:超音速飛行不會對飛機造成永久性損傷
    在由他執行的測試飛行任務中，F-35B和F-35C戰機的隱身塗層和尾翼出現了損害。這位飛行員認為，在執行超音速攔截任務或在戰鬥中需要迅速遠離敵機時，他們通常能夠將F-35戰鬥機的速度和高度發揮到極限，而不會對飛機造成任何永久性損傷。
  • NASA計劃重啟超音速「X飛機」項目:消除超音速飛行音爆
    Vertijet飛機可以垂直起飛，然後像普通飛機那樣飛行。其中有一款超音速飛機，它的噪聲極小，音爆的聲音就像鄰居用力關上汽車門的聲音那麼大。而這還僅僅是開始而已。你可能會納悶，這些項目和NASA的太空探索任務到底有什麼關係。事實上，NASA的前身是NACA，即成立於20世紀早期的美國國家航空諮詢委員會(National Advisory Committee for Aeronautics)。
  • 為什麼螺旋槳飛機無法超音速飛行噴氣發動機葉片卻能超音速旋轉？
    可能很多人都知道雖然早在1903年萊特兄弟就造出了飛機，實現了人類飛行的夢想。並且在此後經歷了螺旋槳、噴氣式兩個重要的時代，特別是螺旋槳時代更是統治了整個一二次世界大戰。但是大家也都知道螺旋槳飛機是無法實現超音速飛行能力的，原因就在於隨著飛行速度的增加，螺旋槳槳葉葉尖位置的氣流速度增快後，會逐漸從葉尖位置產生失速，並逐漸擴展到葉根位置導致整架飛機失速。
  • NASA正在對安靜超音速X-59飛機的AR視覺系統展開測試
    當X-59在2021年投入使用時，飛行員將面臨自協和超音速客機退役以來不常遇到的一個問題。X-59旨在測試新技術並由此製造出新一代超音速商用飛機，儘管它承諾會克服掉協和式飛機的一些缺點，但它仍會面臨一些困難。
  • Boom公布超音速商用客機XB-1原型 未來3.5小時倫敦飛紐約
    其設計使用了三個J85-15發動機（由通用電氣公司製造），可為飛機提供超過1.2萬磅的推力。飛機的框架是由碳複合材料製成的，這使它特別耐熱，並配備了協和式飛機著名的特點——下垂式長鼻（dropping nose）。不過，Baby Boom在飛機機頭安裝了高解析度攝像頭，幫助飛行員在超音速飛行時進行導航。該公司稱，這「為著陸提供了卓越的跑道能見度」。
  • X-59技術驗證機在臭鼬工廠開工,超音速商業飛行即將回歸
    臭鼬工廠（Skunk Works®）低音爆飛行演示（LBFD）項目經理Peter Iosifidis說：「飛機設計成細長外形是實現低音爆的關鍵，隨著第一個零部件加工，我們已進入實質製造階段，飛機結構將逐漸成型，我們又向目標邁進了一步：幫助世界各地的乘客實現超音速旅行的夢想。」
  • X-59超音速靜音飛機
    （「安靜超音速運輸機」）是美國正在研製的超音速飛機。項目開始於2016年2月，X-59計劃於2021年下半年交付，用於2022 年的測試飛行。預計它的巡航速度為1.42馬赫（1,510公裡/小時； 937英裡/小時）飛行高度55,000英尺（16,800萬米），並且噪音低至75分貝的感知水平，以評估超聲速商用飛機的可行性。
  • F-35超音速飛行為何燒尾?內情在這裡
    >F-35戰機有過兩次聲名狼藉的超音速飛行，飛機塗層和尾翼受損，執飛的飛行員希望澄清事實。根據文件，兩次事故都發生在飛行顫振試驗期間：當時B型和C型戰機分別以1.3馬赫和1.4馬赫的速度飛行。弗林說，損傷是在F-35B和F-35C測試機多次以接近飛機最高限速1.6馬赫的超音速飛行後發生的，是飛機累積壓力所致。
  • NASA超音速客機X-Plane關鍵性進展:通過初步設計評審
    美國宇航局NASA宣布其資助的寧靜超音速技術（QueSST）計劃獲關鍵性進展，由洛克希德·馬丁公司和通用航空合作建造的X-Plane驗證機已通過初步設計評估，單座、單引擎寧靜低音爆飛行驗證機Low Boom Flight Demonstration (LBFD)概念機X-Plane在評審完成後
  • 超音速時代的來臨,戰後第一代噴氣式戰鬥機
    並且採用帶加力燃燒室的渦輪噴氣發動機，標誌著戰鬥機由螺旋槳時代進入噴氣時代，部分戰鬥機已經可以實現超音速飛行。 F-80流星戰鬥機（1943年研製，1944年首飛，1944年服役） F-80戰鬥機是由美國洛克希德公司研製的第一種大量生產和服役的噴氣式戰鬥機，是美國第一架水平飛行速度超過800公裡/小時的量產飛機，總產量1731架。