導讀:據3dprintingindustry網站9月7日報道,航空航天和國防承包商洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司、金屬3D打印機制造商Velo3D和航空部件檢測公司Vibrant與美國國防部(DoD)的LIFT研究所合作,評估了3D打印高超音速沖壓發(fā)動機的有效性。
該團隊制造并測試了這些組件,以確定是否可以使用增材制造技術有效而可靠地生產認證的任務就緒沖壓發(fā)動機。
與渦噴發(fā)動機不同,這些復雜的發(fā)動機幾乎沒有可移動部件,但內部結構極其復雜。通過使用飛機的前進速度將外部空氣“沖入”燃燒器,產生高壓。壓縮通過一系列沖擊波進行,這些沖擊波與內部幾何形狀一起將空氣壓縮和減速,直至在燃燒部分變?yōu)榇我羲佟?o:p>
一旦使用Velo3D的激光粉床熔化(LPBF)技術3D打印,這些沖壓發(fā)動機就會經過Vibrant的基于聲學的過程補償共振測試(PCRT)。這一測試過程分析了一些關鍵的物理特性,包括應力狀態(tài)、零件完整性、幾何形狀和表面光潔度。
最終,這個項目被視為成功,團隊的注意力現在轉向了下一階段的研究。下一階段將考慮3D打印零件的疲勞行為,并朝著“出生認證”的部件邁進。
LIFT工程總監(jiān)約翰·基奧(John Keogh)博士評論說:“總的來說,這是一個非常成功的項目。我對整個工作組印象深刻。Velo、洛克希德·馬丁和Vibrant的團隊組成了一個強大的合作伙伴群體,他們可能是最接近解決這個合格和驗證或認證增材制造組件的問題的合作伙伴,這對于任務關鍵和安全關鍵應用非常重要?!?o:p>
基奧補充說:“我們希望看到直接從機器中產生的高超音速零部件,這些零部件已經通過我們捕獲的數據流獲得了認證。”
朝著3D打印高超音速發(fā)動機邁進
近年來,國防和航空航天行業(yè)迫切希望推進能夠實現超音速(超過音速的速度)和高超音速(超過馬赫5)飛行速度的推進系統(tǒng)的發(fā)展。
人們越來越認識到3D打印是一種能夠以更輕的重量和更短的時間制造這些復雜、單件發(fā)動機設計的技術,比傳統(tǒng)制造方法更加高效。
早在2022年,美國航空航天初創(chuàng)公司Hermeus成功測試了其部分3D打印的高超音速Chimera發(fā)動機。在測試期間,Chimera成功地從渦輪噴氣發(fā)動機模式轉變?yōu)楦唏R赫速度的沖壓發(fā)動機模型。此外,Aerojet
Rocketdyne還在美國高超音速導彈研究項目的一部分中進行了其3D打印沖壓發(fā)動機的飛行測試。
現在,通過LIFT研究所,DoD正在投入資源,評估這些增材制造的發(fā)動機是否能夠在高超音速飛行期間產生的極端環(huán)境條件下可靠運行。
作為LIFT研究所合同下的50多個活動項目之一,沖壓發(fā)動機項目還參與了正在進行的“高超音速挑戰(zhàn)”計劃。這一計劃由DoD的制造技術計劃資助,并由國防部研究和工程副部長辦公室監(jiān)督。
這個挑戰(zhàn)的最終目標是確定哪種材料和/或制造工藝可以提供生產能夠實現高超音速飛行的飛機和導彈的最高效和最有效的途徑。
LPBF 3D打印高超音速沖壓發(fā)動機
通過沖壓發(fā)動機項目,團隊試圖確定在LPBF 3D打印過程中可以收集哪些數據流,然后進行了一項成熟的試驗設計,以審查這些數據流。洛克希德·馬丁建立了項目中使用的質量保證驗證方法。
沖壓發(fā)動機是使用Velo3D的Sapphire
1 MZ LPBF 3D打印機制造的,與Inconel 718金屬合金一同使用。Sapphire 1 MZ可以3D打印高達一米高的物體,最終的沖壓發(fā)動機零件高度為751毫米。此外,Sapphire系統(tǒng)還包含數百個傳感器,可在整個建造過程中監(jiān)測、報告和保存度量標準?;鶌W解釋說:“Velo3D的機器收集了大量的數據。它還提供了一個面向大批量制造的大容積建造空間?!?/span>
由于Velo3D的智能熔合和Sapphire的專利覆蓋技術,3D打印沖壓發(fā)動機模型時不需要支撐材料。在3D打印過程中,每層粉末被鋪放下來后,規(guī)格化它的刀片后面跟著一個真空吸塵器,吸走多余的粉末,留下一個完美的粉末層。這在創(chuàng)造了一個刀片和零件之間的自由空間的同時,消除了零件增長時碰撞的風險,也消除了支撐材料的需求。
盡管最初設計用于嵌入超音速噴氣發(fā)動機,但團隊稱,通過進行一些小的調整,他們的沖壓發(fā)動機很容易就可以變成沖壓噴氣發(fā)動機。實際上,沖壓噴氣發(fā)動機是一種通過調整進氣口和排氣噴管保持更高空氣流速通過發(fā)動機的沖壓發(fā)動機。理論上,沖壓噴氣發(fā)動機動力的車輛可以達到超過馬赫5的高超音速速度。
除了沖壓發(fā)動機,團隊還3D打印了一些材料測試零件。因其獨特的形狀而得名的“狗骨頭”部件用于拉伸拉伸測試,“洗衣粉囊”用于密度和表面光潔度評估。
基于聲學的測試
然后,使用Vibrant的PCRT過程評估了3D打印的沖壓發(fā)動機和測試零件。在測試過程中,PCRT使用5至500千赫的超聲頻率激發(fā)零件的振動模式,每次持續(xù)幾秒鐘或幾分鐘。零件的自然共振頻率,既與其幾何形狀又與其材料特性有關,都被記錄、保存和分析。
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