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通过复合3D打印进行AW609 TiltRotor风洞测试

使用CRP Technology的Windform XT 2.0碳复合材料通过选择性激光烧结来创建模型。

CRP技术的Windform XT 2.0碳复合材料用于在短短四天内通过选择性激光烧结来创建风洞测试模型。

Image courtesy of 莱昂纳多高清.


CRP技术 为Leonardo直升机分部(Leonardo HD,原名Agusta Westland)制造了Leonardo AW609 TiltRotor的新风洞模型。它强调了选择性激光烧结之间的完美结合( SLS )3D打印技术和CRP’s Windform高性能复合材料。借助Windform材料,可以在很短的时间内在风洞中完成并测试模型,并具有出色的结果以及出色的机械和空气动力学性能。

The project related to the manufacturing of some external parts (nose and cockpit, rear fuselage, nacelles, external fuel tanks, fairings) of the wind tunnel model (1:8.5 scale) for the prototype of the new 莱昂纳多高清 TiltRotor AW609, made by SLS technology and Windform XT 2.0 碳复合材料,均由CRP Technology提供。

该风洞模型是在Metaltech S.r.l的Leonardo直升机部门的监督下设计,制造和组装的。用于一系列专用的低速风洞测试。

The low-speed wind tunnel tests were intended to cover a standard range of flight attitudes to be performed at 莱昂纳多高清 wind tunnel facility and at Politecnico of Milan for the high angles of flight 恩 velope. During the different test sessions various external geometries have been changed and checked in order to understand 所有 the aerodynamic phenomena.

AW 609 wind tunnel model: first attempt of components identification. Courtesy of 莱昂纳多高清.

AW 609 wind tunnel model: first attempt of components identification. Courtesy of 莱昂纳多高清.

重新设计和制造的外部主要组件包括:机身和机头组件,整流罩,机舱和旋转形状,尾翼,机翼和襟副翼。

风洞测试目标

莱昂纳多直升机分部’的主要目标以及它们之所以引用CRP技术的原因,本质上是以下几个方面:

  • 为了制造风洞模型的外部零件,需要非常短的时间表,但具有最高水平的可靠性和通用性;
  • 对这些部件具有高机械和空气动力学特性的材料的研究通常由经典的复合材料制成
  • 设计和制造铝合金内部主体结构,该结构易于采用新的几何形状实现,以适应未来的飞机版本或改进的解决方案。

此细节对于施加的负载可持续至关重要,因此它们可以’不可低估。实际上,隧道中风的空气动力负荷非常高。因此,该项目最关键的方面是对负载的抵抗力,也是保持这种大尺寸部件在负载下保持良好尺寸公差的必要性。重要的是,外部整流罩的组件’t在负载下变形太大。

另外,即使没有外部负载,产品也必须具有所提供规格的尺寸特征。

重要的是要记住,这些组件的性能会影响整个项目的最终性能,尤其是因为外部整流罩必须将机身产生的空气动力学载荷传递到内部框架上。

风洞模型设计条件

为了确保模型容量可以承受在各个风洞测试阶段中预期的载荷,我们执行了应力和应变计算。已经对所有关键模型组件和指定的载荷条件执行了这种结构强度评估。

通过按比例缩放满刻度参考值获得的预期模型负载条件的包络对于实现所需的结构评估以及允许模型组件最终设计能够保证模型与两个风洞约束(例如支撑)完全兼容至关重要。和设备(例如内部/外部余额)。

在设计阶段已讨论了模型部件的材料以及相关的应力限制,应力集中,疲劳等。

The table above shows the tolerances required for the realization of a typical subsonic and transonic model for wind tunnel tests. Data courtesy of 莱昂纳多高清.

The table above shows the tolerances required for the realization of a typical subsonic and transonic model for wind tunnel tests. Data courtesy of 莱昂纳多高清.

复合3D打印模型制造技术

多年来,风洞模型的制造技术已经发生了变化。从历史上看,此类组件将由经典的复合材料技术制成。该技术的限制通常是制造时间长。

莱昂纳多高清’最早的风洞模型是使用木材和金属组件制造的,然后更改为木材和复合纤维材料的混合解决方案。 如今,所有模型都是使用CAD-CAM方法制造的。研磨并组装内部结构的铝和钢框架,并通过3D打印技术获得所有外部几何形状。

Advanced 3D printing combined to the Windform XT 2.0 material has instead immediately convinced 莱昂纳多高清, thanks to its very short manufacturing time and high-performance features.

复合材料设计过程和结果

The work of CRP技术 was based 上 the maximization and achievement of the requested goals. It started with a careful analysis of the dimensional designs received from 莱昂纳多高清.

The choice of the Windform XT 2.0 composite material was not casual, 所有 the goals required by 莱昂纳多高清 were considered, such as the importance of a short realization time, good mechanical performances and also good dimensional characteristics.

Lower wing external fuel tank pylon (left) and tail fairing. Courtesy of 莱昂纳多高清.

Lower wing external fuel tank pylon (left) and tail fairing. Courtesy of 莱昂纳多高清.

Windform XT 2.0是一种碳纤维增强复合材料3D打印材料,以其机械性能而闻名,由于其高的热变形(HDT = 173.40°C;测试方法= ISO 75-2 TYPE A),出色的刚度,一流的细节再现。它取代了Windform系列复合材料中以前的Windform XT公式:Windform XT 2.0具有机械性能方面的改进,包括拉伸强度增加了8%,拉伸模量增加了22%,断裂伸长率增加了46% 。

第一个问题涉及原型的尺寸,因为某些组件的尺寸要优于3D打印机的构造体积,因此有必要单独制造单个零件。 CRP技术在此过程中的经验和知识’的员工允许进行这样的复杂项目的分析,研究和后续创建,而不会给客户带来任何延迟或问题。从一开始,工作就集中在组件的设计上,正确地划分了各个部分,当然要考虑工作条件和组件必须承受的压力。

确定要分割的零件是使用CAD软件进行的一项操作,评估工作量的功能指标,同时还可以优化工作量并最大程度地减少生产时间和成本。 计算机辅助设计 切割是使用一种技术进行的,该技术用于在要施加结构粘合剂的地方最大化接触表面,以使大零件但薄零件抵抗应力。

Aircraft nose and cockpit (left) and aircraft propeller spinners. Courtesy of 莱昂纳多高清.

Aircraft nose and cockpit (left) and aircraft propeller spinners. Courtesy of 莱昂纳多高清.

单个零件的制造时间非常短。制造要在3D打印机上设置的作业所需的时间不超过一天,并且在制造四天后,就实际创建了组件的所有各个部分。

不同的机密效率,这是CRP技术不可或缺的一部分’的专有技术,可以减少交货时间,并使CRP最小化该技术的正常公差,并消除任何潜在的变形或公差超出范围的问题。

最后一步是完整的模型表面精加工,直接安装在钻机组合件上,以优化单个零件的结合可能产生的微小缺陷。整个模型的表面以有效的方式被弄平,并用特殊的液体处理,该液体也可以防水并准备要喷涂的表面。

All the model parts were then mounted and adapted to the main model structure thanks to a dedicated rig and assembled by Metaltech S.r.l. The final result, in line with the timetable and characteristics of the part, has been tested in the 莱昂纳多高清 wind tunnel facility at Bresso (Mi).

为NASA Ames单一工厂创建的新1:6模型

作为对飞机行为的全面审查的一部分,莱昂纳多直升机分部在NASA Ames进行了高速风洞测试活动。经过全面评估,美国宇航局埃姆斯单一工厂11x11英尺。选择跨音速风洞是为了在最高速度下的满量程条件下获得飞机的准确特征。设施’加压跨音速风洞能够获得接近满刻度的马赫数和雷诺数。

为了加快该型号的制造过程,使用与低速AW609型号相同的方法制造了外部机身和其他组件: 选择性激光烧结技术 和Windform XT 2.0碳复合材料。

零件由制造 CRP美国 ,由模型供应商ATI Co.,Newport 新闻 ,VA控制。

Model installed in the 11x11-ft. test section at NASA Ames. Courtesy of 莱昂纳多高清.

Model installed in the 11x11-ft. test section at NASA Ames. Courtesy of 莱昂纳多高清.

美国CRP展示了最初由CRP Technology为赛车行业开发的Windform复合材料的使用如何在太空和航空航天探索中找到许多用途。这是Windform XT 2.0首次用于NASA Ames设施测试的高速模型。

用于跨音速高速测试的新的1:6模型的体系结构与AW609模型相似,但进行了一些改进,以使襟翼和电梯表面具有远程控制。此外,使用四个不同的6分量应变仪天平可以采集作用在完整模型,机翼,机舱和机尾表面上的所有载荷。

选择1:6的模型比例是为了在给定的NASA 11x11英尺物理尺寸限制内完全兼容。隧道。 模型跨度几乎为2 m。它的构造使其可以安装在NASA 11x11英尺中。 跨音速隧道,在单个支柱直挺支撑系统上。

该测试包括雷诺数高,附着角和侧滑角范围广的0.2马赫至0.6马赫之间的速度。

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本文提供者: CRP技术.

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