悉尼研究員3D打印用于低速風洞測試的高超音速飛機模型

Tamas Bykerk是澳大利亞悉尼大學的研究生，他使用3D打印技術為低速風洞測試創(chuàng)建高超音速飛機模型。 3D打印機大大減少了創(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，以測試和收集反饋。

Bykerk正在攻讀航空航天工程博士學位，導師是Dries Verstraete博士。他們都是Hexafly-International項目的一部分，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。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和火箭推進研究飛機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仍處于概念階段。

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

所有固定翼飛機設計必須平??衡兩個相反的目標 - 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，超高速飛機不是為了緩慢飛行而建造的。

當飛機起飛時，當它試圖降落時，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，因為空速的減小將導致飛機失速，俯沖或旋轉以重新獲得機翼上的氣流。當它發(fā)生在地面附近時沒有時間恢復。

在較高的高度和速度下，幾乎不存在的空氣動力學問題成為地球附近較慢飛行期間的重要風險因素。側風可能要求飛機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翼和控制表面上的流動方式。 Bykerk的任務是研究能夠以多倍聲速飛行的飛機設計中的這些慢速飛行考慮因素。

悉尼大學工程與信息技術學院擁有16臺Tiertime 3D打印機，其中四臺位于工廠實驗室，其他在航空航天，機械和機電工程學院。 Bykerk使用這些3D打印機構建高超音速飛機模型，用于在低速風洞中進行測試。較大的型號在ABS部件中進行3D打印，然后進行組裝和后處理，以確保原始設計與模型之間的連續(xù)性。技術包括打磨，間隙填充，再次打磨，樹脂涂層和涂漆。

最終產品放置在風洞中，可以獲得關鍵數(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。當車輛通電時，我們在模型中安裝風扇并分析進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翼平面形狀，因此渦旋升力和與飛機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/偏航力矩以及側向力以及它們如何隨迎角和側滑而變化。

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，襟翼甚至整個機翼都可以調整大小或調整其輪廓。通過這種方式，該團隊既可以測試高超音速設計，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換幾次迭代�！�

大多數(shù)估計預測25年內可恢復的高超音速無人機。假設商業(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)