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    3D打印技術在國外高超聲速技術領域的應用

    作者: 發布時間:2018-10-15 14:06:09

        高超聲速飛行器是3D打印技術最重要的突破方向之一。相對于傳統的航空航天飛行器,高超聲速飛行器在臨近空間/大氣層內長時間以超過馬赫數5的高速持續飛行,工作環境惡劣,尤其在彈身/機身外形局部的氣動駐點、激波附著點,以及采用吸氣式動力形勢的發動機進氣道、燃燒室等部位,熱環境尤其嚴酷,對零組件材料的耐高溫性能、結構的力學性能等有著很高要求,同時對零組件空間外形、自身重量等也有著苛刻要求。領域在高超聲速技術相關領域的應用日漸增多,已經成為解決高超聲速飛行器制造瓶頸的關鍵所在。在傳統制造技術無法滿足要求時,3D打印技術為其開辟了一條全新的道路,以其能夠快速制備具有高材料性能、異形結構、整體特性的零部件特點,在高超聲速飛行器相關領域得到了愈發廣泛的應用,甚至成為解決一些高超聲速飛行器特殊零部件瓶頸的唯一選擇。

        本文以近年來國外開展的高超聲速相關制備工作入手,介紹3D打印技術在高超聲速技術領域的系統—結構—材料等多種級別中的應用,并對其重要性進行分析。
        打印技術在高超聲速分系統層級產品中的應用

        美國軌道ATK公司(Orbital ATK)近日對一型以3D打印為主要制備方式的高超聲速戰斗部成功進行了試爆工作。戰斗部的研發是軌道ATK公司的主營業務之一,目前公司在導彈產品部門設立的戰斗部開發項目(Warhead Development Programs)中開展了這種自重50磅的戰斗部的研發工作,目的是獲得一款適用于高超聲速武器的致命性增強型彈藥(LEO)戰斗部。該戰斗部共有五個主要部件,其中三個采用3D打印方法制備,占比超過半數。軌道ATK公司結合此前已有的超聲速火箭發動機與傳統戰斗部設計與制造經驗,實現了這種能夠耐受高速帶來的高溫等環境的戰斗部的開發。

        該型戰斗部采用了異形結構,結構構型復雜,與傳統外形存在較大差異。在2018年2月初啟動了設計工作后,戰斗部研發團隊就充分利用了3D打印的優勢,采用了簡潔并符合工藝要求的結構設計,使得制備周期比傳統工藝節省了至少一個半月時間,從而僅用了不到60天就完成了戰斗部的設計—制備—試驗的全流程,實現了具有代表性的高效研發。

        軌道ATK公司在2018年3月對這型戰斗部實施了爆炸試驗,這也是該公司第一次對采用3D打印技術的戰斗部開展試驗。試驗中,戰斗部從初始懸掛位置成功實現了爆炸,爆炸后的碎片沖入地下,在起爆點周圍形成了薄金屬碎片散布區,為評估爆破對不同打擊對象的毀傷效果等工作提供了原始數據支撐。

        該型戰斗部是目前公開資料披露的首個以3D打印為主要制造手段的高超聲速飛行器分系統產品,其成功制備與試驗是高超聲速技術的一項重要突破,也是高超聲速發展過程中的一個里程碑。

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