悉尼研究员3D打印用于低速风洞测试的高超音速飞机模型

Tamas Bykerk是澳大利亚悉尼大学的研究生，他使用3D打印技术为低速风洞测试创建高超音速飞机模型。 3D打印机大大减少了创建工作原型所需的时间。它还使他能够通过打印零件的各种迭代来有效地探索多个选项，以测试和收集反馈。

Bykerk正在攻读航空航天工程博士学位，导师是Dries Verstraete博士。他们都是Hexafly-International项目的一部分，他们与欧洲航天局（ESA）和意大利航空航天研究中心（CIRA）合作，评估商业高超音速航空旅行的可行性。

在空气动力学中，高超音速被定义为气流中的个体物理变化（如解离和电离）发生的点。高超音速通常指的是5马赫及以上的速度。几十年来，美国宇航局的航天飞机和火箭推进研究飞机等大气逃生和返回飞行器以这样的速度飞行了很短的时间。然而，需要持续高超音速飞行的商用高超音速客机仍处于概念阶段。

“目前，绝大多数研究都集中在高速设计点 - 主要是伴随机身加热的航空结构问题。我的研究着眼于这些飞机是否可以安全起降，“Bykerk说。 “主要目标是在飞行的两个最关键阶段评估性能和稳定性。”

所有固定翼飞机设计必须平??衡两个相反的目标 - 巡航速度下的最佳效率与起飞和着陆速度下的稳定，可控飞行。所需的巡航速度越快，折衷就越明显。通俗地说，超高速飞机不是为了缓慢飞行而建造的。

当飞机起飞时，当它试图降落时，它接近飞行员所知的最小可控空速 - 任何较慢的飞行点将停止维持稳定飞行的能力。正是在这样的速度下，飞行变得最危险，因为空速的减小将导致飞机失速，俯冲或旋转以重新获得机翼上的气流。当它发生在地面附近时没有时间恢复。

在较高的高度和速度下，几乎不存在的空气动力学问题成为地球附近较慢飞行期间的重要风险因素。侧风可能要求飞机在其垂直轴上以尴尬的角度飞行以保持其飞行路径，从而改变空气在其机翼和控制表面上的流动方式。 Bykerk的任务是研究能够以多倍声速飞行的飞机设计中的这些慢速飞行考虑因素。

悉尼大学工程与信息技术学院拥有16台Tiertime 3D打印机，其中四台位于工厂实验室，其他在航空航天，机械和机电工程学院。 Bykerk使用这些3D打印机构建高超音速飞机模型，用于在低速风洞中进行测试。较大的型号在ABS部件中进行3D打印，然后进行组装和后处理，以确保原始设计与模型之间的连续性。技术包括打磨，间隙填充，再次打磨，树脂涂层和涂漆。

最终产品放置在风洞中，可以获得关键数据。

“我们正在研究升降和降落等着陆和起飞速度以及所需的迎角。当车辆通电时，我们在模型中安装风扇并分析进气口唇缘分离和入口变形，“Bykerk说。 “与我共同工作的车辆都有高度扫掠的机翼平面形状，因此涡旋升力和与飞机其他部件的相互作用通常是令人感兴趣的。稳定性分析涉及俯仰/滚动/偏航力矩以及侧向力以及它们如何随迎角和侧滑而变化。

3D打印还用于快速更换和更换可拆卸模型部件，主要是控制表面。副翼，方向舵，升降舵，襟翼甚至整个机翼都可以调整大小或调整其轮廓。通过这种方式，该团队既可以测试高超音速设计，又可以尝试改善其起飞和着陆特性。

“像这样的模型通常会使用昂贵的CNC加工制造，”Bykerk说。 “3D打印不仅更便宜，而且可以让我完全控制制造过程并快速转换几次迭代。”

大多数估计预测25年内可恢复的高超音速无人机。假设商业航空旅行将在某个时刻出现。 Bykerk今天所做的工作可能是未来的基石之一。

来源：3D打印智造网