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    3D打印技术在国外高超声速技术领域的应用

    作者: 发布时间:2018-10-15 14:06:09

        高超声速飞行器是3D打印技术最重要的突破方向之一。相对于传统的航空航天飞行器,高超声速飞行器在临近空间/大气层内长时间以超过马赫数5的高速持续飞行,工作环境恶劣,尤其在弹身/机身外形局部的气动驻点、激波附着点,以及采用吸气式动力形势的发动机进气道、燃烧室等部位,热环境尤其严酷,对零组件材料的耐高温性能、结构的力学性能等有着很高要求,同时对零组件空间外形、自身重量等也有着苛刻要求。领域在高超声速技术相关领域的应用日渐增多,已经成为解决高超声速飞行器制造瓶颈的关键所在。在传统制造技术无法满足要求时,3D打印技术为其开辟了一条全新的道路,以其能够快速制备具有高材料性能、异形结构、整体特性的零部件特点,在高超声速飞行器相关领域得到了愈发广泛的应用,甚至成为解决一些高超声速飞行器特殊零部件瓶颈的唯一选择。

        本文以近年来国外开展的高超声速相关制备工作入手,介绍3D打印技术在高超声速技术领域的系统—结构—材料等多种级别中的应用,并对其重要性进行分析。
        打印技术在高超声速分系统层级产品中的应用

        美国轨道ATK公司(Orbital ATK)近日对一型以3D打印为主要制备方式的高超声速战斗部成功进行了试爆工作。战斗部的研发是轨道ATK公司的主营业务之一,目前公司在导弹产品部门设立的战斗部开发项目(Warhead Development Programs)中开展了这种自重50磅的战斗部的研发工作,目的是获得一款适用于高超声速武器的致命性增强型弹药(LEO)战斗部。该战斗部共有五个主要部件,其中三个采用3D打印方法制备,占比超过半数。轨道ATK公司结合此前已有的超声速火箭发动机与传统战斗部设计与制造经验,实现了这种能够耐受高速带来的高温等环境的战斗部的开发。

        该型战斗部采用了异形结构,结构构型复杂,与传统外形存在较大差异。在2018年2月初启动了设计工作后,战斗部研发团队就充分利用了3D打印的优势,采用了简洁并符合工艺要求的结构设计,使得制备周期比传统工艺节省了至少一个半月时间,从而仅用了不到60天就完成了战斗部的设计—制备—试验的全流程,实现了具有代表性的高效研发。

        轨道ATK公司在2018年3月对这型战斗部实施了爆炸试验,这也是该公司第一次对采用3D打印技术的战斗部开展试验。试验中,战斗部从初始悬挂位置成功实现了爆炸,爆炸后的碎片冲入地下,在起爆点周围形成了薄金属碎片散布区,为评估爆破对不同打击对象的毁伤效果等工作提供了原始数据支撑。

        该型战斗部是目前公开资料披露的首个以3D打印为主要制造手段的高超声速飞行器分系统产品,其成功制备与试验是高超声速技术的一项重要突破,也是高超声速发展过程中的一个里程碑。

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