悉尼研究員3D打印用于低速風(fēng)洞測試的高超音速飛機(jī)模型

Tamas Bykerk是澳大利亞悉尼大學(xué)的研究生，他使用3D打印技術(shù)為低速風(fēng)洞測試創(chuàng)建高超音速飛機(jī)模型。 3D打印機(jī)大大減少了創(chuàng)建工作原型所需的時間。它還使他能夠通過打印零件的各種迭代來有效地探索多個選項(xiàng)，以測試和收集反饋。

Bykerk正在攻讀航空航天工程博士學(xué)位，導(dǎo)師是Dries Verstraete博士。他們都是Hexafly-International項(xiàng)目的一部分，他們與歐洲航天局（ESA）和意大利航空航天研究中心（CIRA）合作，評估商業(yè)高超音速航空旅行的可行性。

在空氣動力學(xué)中，高超音速被定義為氣流中的個體物理變化（如解離和電離）發(fā)生的點(diǎn)。高超音速通常指的是5馬赫及以上的速度。幾十年來，美國宇航局的航天飛機(jī)和火箭推進(jìn)研究飛機(jī)等大氣逃生和返回飛行器以這樣的速度飛行了很短的時間。然而，需要持續(xù)高超音速飛行的商用高超音速客機(jī)仍處于概念階段。

“目前，絕大多數(shù)研究都集中在高速設(shè)計點(diǎn) - 主要是伴隨機(jī)身加熱的航空結(jié)構(gòu)問題。我的研究著眼于這些飛機(jī)是否可以安全起降，“Bykerk說。 “主要目標(biāo)是在飛行的兩個最關(guān)鍵階段評估性能和穩(wěn)定性�！�

所有固定翼飛機(jī)設(shè)計必須平??衡兩個相反的目標(biāo) - 巡航速度下的最佳效率與起飛和著陸速度下的穩(wěn)定，可控飛行。所需的巡航速度越快，折衷就越明顯。通俗地說，超高速飛機(jī)不是為了緩慢飛行而建造的。

當(dāng)飛機(jī)起飛時，當(dāng)它試圖降落時，它接近飛行員所知的最小可控空速 - 任何較慢的飛行點(diǎn)將停止維持穩(wěn)定飛行的能力。正是在這樣的速度下，飛行變得最危險，因?yàn)榭账俚臏p小將導(dǎo)致飛機(jī)失速，俯沖或旋轉(zhuǎn)以重新獲得機(jī)翼上的氣流。當(dāng)它發(fā)生在地面附近時沒有時間恢復(fù)。

在較高的高度和速度下，幾乎不存在的空氣動力學(xué)問題成為地球附近較慢飛行期間的重要風(fēng)險因素。側(cè)風(fēng)可能要求飛機(jī)在其垂直軸上以尷尬的角度飛行以保持其飛行路徑，從而改變空氣在其機(jī)翼和控制表面上的流動方式。 Bykerk的任務(wù)是研究能夠以多倍聲速飛行的飛機(jī)設(shè)計中的這些慢速飛行考慮因素。

悉尼大學(xué)工程與信息技術(shù)學(xué)院擁有16臺Tiertime 3D打印機(jī)，其中四臺位于工廠實(shí)驗(yàn)室，其他在航空航天，機(jī)械和機(jī)電工程學(xué)院。 Bykerk使用這些3D打印機(jī)構(gòu)建高超音速飛機(jī)模型，用于在低速風(fēng)洞中進(jìn)行測試。較大的型號在ABS部件中進(jìn)行3D打印，然后進(jìn)行組裝和后處理，以確保原始設(shè)計與模型之間的連續(xù)性。技術(shù)包括打磨，間隙填充，再次打磨，樹脂涂層和涂漆。

最終產(chǎn)品放置在風(fēng)洞中，可以獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

“我們正在研究升降和降落等著陸和起飛速度以及所需的迎角。當(dāng)車輛通電時，我們在模型中安裝風(fēng)扇并分析進(jìn)氣口唇緣分離和入口變形，“Bykerk說。 “與我共同工作的車輛都有高度掃掠的機(jī)翼平面形狀，因此渦旋升力和與飛機(jī)其他部件的相互作用通常是令人感興趣的。穩(wěn)定性分析涉及俯仰/滾動/偏航力矩以及側(cè)向力以及它們?nèi)绾坞S迎角和側(cè)滑而變化。

3D打印還用于快速更換和更換可拆卸模型部件，主要是控制表面。副翼，方向舵，升降舵，襟翼甚至整個機(jī)翼都可以調(diào)整大小或調(diào)整其輪廓。通過這種方式，該團(tuán)隊(duì)既可以測試高超音速設(shè)計，又可以嘗試改善其起飛和著陸特性。

“像這樣的模型通常會使用昂貴的CNC加工制造，”Bykerk說。 “3D打印不僅更便宜，而且可以讓我完全控制制造過程并快速轉(zhuǎn)換幾次迭代�！�

大多數(shù)估計預(yù)測25年內(nèi)可恢復(fù)的高超音速無人機(jī)。假設(shè)商業(yè)航空旅行將在某個時刻出現(xiàn)。 Bykerk今天所做的工作可能是未來的基石之一。

來源：3D打印智造網(wǎng)