Формируя будущее полета

“Наша цель в рамках этого проекта состояла в том, чтобы показать аэрокосмической промышленности, как быстро вы можете перейти от проектирования и строительства к полету реактивного самолета с 3D-печатью.”

Дэн Кэмпбел Aurora Flight Sciences

Формируем будущее полета

Компания “Aurora Flight Sciences” в Манассасе, Вирджиния, разрабатывает беспилотные летательные аппараты (БПЛА) для гражданского и военного рынка почти три десятилетия. Однако, учитывая растущие потребности и требования клиентов, его центр исследований и разработок все чаще использует технологию 3D-печати Stratasys® для производства деталей и оснастки, чтобы помочь внедрить новые инновации в беспилотный полет.

Недавно инженеры в Aurora и Stratasys приступили к реализации амбициозного проекта: построить реактивный самолет, управление вектором тяги, смешанное крыло, дистанционно пилотируемый самолет. «Никто никогда не делал ничего подобного», - сказал Джеймс Берлин, инженер по исследованию аддитивного производства в Stratasys. «Для нас это была неизведанная область. Мы хотели подтолкнуть эти материалы и аддитивные процессы чтобы найти новые границы».

Были использованы 22-ух фунтовый (98 Н) реактивный двигатель и механизм векторной тяги, которые помогли бы маневрировать самолетом при высокой скорости.«Все еще есть убеждения, что 3D-печать это прототипирование», - говорит Берлин. «Но это не модель стола, которая сломается, если прикоснуться к ней, это 150 миль в час.»

Первый полет реактивного 3D-самолета

Свобода дизайна для авиационных инноваций

Неотъемлемым преимуществом 3D-печати Stratasys является возможность проектирования за пределами поверхности. В то время как дизайн внутренних конструкций теперь имеет гораздо более высокий уровень свободы проектирования, он может быть более сложным в создании инженерных сооружений для аэрокосмической промышленности.

Сотрудничество со Stratasys по проекту позволило Aurora использовать оптимизацию топологии, физический подход, который копирует сложные структуры, обнаруженные в природе, и показывает, где внутренний материал не нужен, и оптимизирует структуру для данного приложения.

Для Aurora, технология аддитивного производства Stratasys дала команде оптимизацию конструкции чтобы создать жесткую, легкую структуру, в то же время обеспечивая экономически эффективную разработку индивидуального самолета для конкретной миссии. Кроме того, возможность объединять сборки в отдельные компоненты позволяет сложным конструкциям превращаться в элегантные и простые решения. Например, на этом самолете находится топливный бак, который объединяет несколько компонентов, с напечатанными трубками внутри и снаружи, крепления, которые крепятся к топливному фильтру и насосу, а также небольшие зажимы для крепления топливопроводов. Эта свобода конструкции позволила инженерам точно расположить центр тяжести, ключевой параметр для смешанного крыла самолета.

Дэн Кэмпбелл, инженер-исследователь в Aurora Flight Sciences, сказал: «Любое изменение в дизайне вызывает проблемы с центром тяжести. Однако, поскольку аддитивный процесс может легко контролировать положение материала, повторяющиеся конструкции оказывают минимальное воздействие в других местах на самолете.”

Время построения этого самолета было сокращено вдвое благодаря аддитивным технологиям. Устранение необходимости в инструментах помогло значительно сократить время выполнения заказа. Основная команда из шести инженеров использовала GrabCAD, для совместной работы Stratasys, которое помогает командам инженеров управлять, просматривать и совместно использовать файлы CAD для координации проекта. Это помогло двум компаниям в двух разных местах спроектировать и изготовить самолет в короткие сроки. Программное обеспечение действует почти как социальная сеть отслеживая изменения, позволяя обмениваться сообщениями, и выступает в качестве хранилища для рабочих технических документов, таких как ведомость материалов.

3D печать готовых деталей

Основные части самолета включают в себя

• два винглета
• Фюзеляж
• Модуль полезной нагрузки
• Топливный бак
• Механизм направления тяги

Он состоит из 34 компонентов, 26 из которых были напечатаны в 3D и составляют около 80% самолета по весу. Используя 3D-принтеры Stratasys Fortus®, крылья и фюзеляж были изготовлены из термопластика ASA для придания необходимой прочности и жесткости, но с низкой плотностью.

Команда также воспользовалась преимуществами Stratasys Direct Manufacturing, централизованного производства по индивидуальному заказу, предлагающего множество технологий аддитивного производства и практически все имеющиеся в настоящее время материалы.

Топливный бак был изготовлен с использованием лазерного спекания (LS) из нейлона, крышка выпускного канала была напечатана на 3D-принтере с использованием термопластика смолы ULTEM ™ 1010, а канал для подачи вектора тяги методом прямого металлического лазерного спекания (DMLS) из INCONEL® 718, что необходимо из-за высокого температура выхлопа до 1300 ° F (700 ° C).

Свобода дизайна для авиационных инноваций.

Готовы к взлету

Команда была уверена в успехе, когда выезжала на солончаки, чтобы проверить самолет, но они не были готовы к эмоциональным американским горкам впереди. Когда они начали делать окончательную сборку компонентов на месте, нервы были на пределе. Но как только реактивный самолет, напечатанный на 3D-принтере, взлетел, последовала новая реакция.

«Причина, по которой мы по-прежнему считаем полет волшебством, заключается в том, что всякий раз, когда самолет впервые взлетает, кто-то говорит, что я не могу поверить, что он летит», - сказал Дэн. «Это был волшебный момент. Я очень люблю реактивные двигатели, и было замечательно наблюдать, как летит 3D-самолет.»

По мере того, как все больше аэрокосмических компаний внедряют технологии для производства деталей и оснастки, решения 3D-печати Stratasys будут все больше помогать клиентам создавать как пилотируемые, так и беспилотные летательные аппараты для гражданского и военного применения, от третичных до вторичных и, в конечном итоге, даже первичных структур.

«Наша цель в рамках этого проекта состояла в том, чтобы показать аэрокосмической отрасли, как быстро вы можете перейти от проектирования и строительства к полету на распечатанном в 3D реактивном самолете», - сказал Дэн. «Было очень приятно видеть, как он летит».

Первый в мире напечатанный в 3D реактивный самолет

Параметры

• Размах крыльев: 9,5 футов (2,9 м)
• Минимальная скорость: 70-80 миль в час (60-70 узлов)
• Максимальная скорость: 150 + миль в час (140-156kts)
• Двигатель 22 фунта турбореактивного двигателя (98N)
• Вес 32 фунта (14,5 кг) с 3 литрами топлива
• Полезная нагрузка 0,5 фунта (0,2 кг) - камера

ПО GrabCAD обеспечивает совместную работу и быструю обработку данных при разработке сложных компонентов.

Внутренняя конструкция крыла, оптимизирующая сложные внутренние конструкции, для легких самолетов.

Распечатанный в 3D реактивный самолет

Источник: Stratasys