Nghiên cứu thiết kế và sản xuất sơ bộ các mô hình gió ống tốc độ cao nhẹ và lai

Emerald - Tập 17 Số 1 - Trang 45-54 - 2011
Yang Dang‐guo1, Zhang Zheng‐yu1, Sun Yan1, Zhu Wei‐jun2
1State Key Laboratory for Aerodynamics, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang, China
2State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, China

Tóm tắt

Mục đíchNhằm khắc phục những thiếu hụt về độ bền và độ cứng của các mô hình nhựa photopolymer hiện tại dưới tải trọng khí động học cao, mục tiêu của bài báo này là giới thiệu một thiết kế sơ bộ và kỹ thuật sản xuất cho các mô hình gió ống tốc độ cao nhẹ, lai có khung kim loại bên trong và nhựa photopolymer bề mặt dựa trên công nghệ chế tạo nhanh (RP).Thiết kế/phương pháp tiếp cậnCấu trúc khung kim loại bên trong được thiết kế với các hình dạng thông thường có thể sản xuất một cách dễ dàng bằng các phương pháp chế tạo cơ khí thông thường. Các thành phần nhựa bên ngoài được thiết kế để đáp ứng độ trung thực về hình dạng và chất lượng bề mặt, mà được chế tạo bằng thiết bị RP. Sự kết hợp giữa khí động học và cấu trúc được sử dụng để hoàn thành thiết kế cấu trúc, hiệu chuẩn độ bền và độ cứng cũng như phân tích rung động. Tối ưu hóa thiết kế cấu trúc và phương pháp sản xuất của các mô hình lai AGARD-B đã được kiểm chứng thông qua phân tích độ chính xác sản xuất, quy trình xử lý chất lượng bề mặt và khả năng cơ học.Kết quảPhương pháp với khung kim loại bên trong và nhựa bên ngoài đã cải thiện đáng kể tổng thể độ bền và độ cứng của các phần RP của mô hình lai AGARD-B, và nó phù hợp để xây dựng các mô hình gió ống tốc độ cao với cấu trúc bên trong phức tạp. Phương pháp này có thể giảm trọng lượng của mô hình và ngăn chặn sự xuất hiện của hiện tượng cộng hưởng giữa các mô hình, gió ống và hệ thống hỗ trợ, đồng thời rút ngắn thời gian xử lý, cũng như dẫn đến giảm thời gian và chi phí sản xuất.Giới hạn/nghĩa vụ nghiên cứuĐộ cứng của các thành phần mỏng đối với cấu hình nhựa bên ngoài có phần kém dưới tải trọng khí động học cao trong thử nghiệm gió ống tốc độ cao, và tác động của sự biến dạng của các thành phần lên các kết quả thí nghiệm cần được xem xét.Giá trị/độc đáoPhương pháp này có thể tăng cường tính linh hoạt trong việc sử dụng công nghệ RP trong việc chế tạo các mô hình gió ống tốc độ cao, đặc biệt là cho các mô hình thí nghiệm có cấu trúc phức tạp. Thiết kế kết hợp khí động học và cấu trúc, cùng với tối ưu hóa cấu trúc cho các mô hình lai làm cho các kỹ thuật RP trở nên thực tiễn hơn trong việc sản xuất các mô hình gió ống tốc độ cao.

Từ khóa

#thiết kế sơ bộ #mô hình gió ống tốc độ cao #nhựa photopolymer #khung kim loại #chế tạo nhanh #tối ưu hóa cấu trúc

Tài liệu tham khảo

Aghanajafi, S., Adelnia, R. and Daneshmand, S. (2006), “Production of wind‐tunnel testing models with use of rapid prototyping methods”, WSEAS Transactions on Circuits and Systems, Vol. 5 No. 4, pp. 555‐61. Aradag, S. and Knight, D.D. (2004), “Simulation of supersonic cavity flow using 3D RANS equations”, AIAA Paper 2004‐4966. Azarov, Y.A., Vermel, V.D., Kornushenko, A.V., Novikov, M.M., Kamaev, S.V. and Markov, M.A. (2002), “Experience in laser stereolithography and its application in manufacturing wind‐tunnel aerodynamic models of various purposes”, Seventh International Conference on Laser and Laser‐Information Technologies, Suzdal, Proceedings of SPIE 4644, pp. 433‐40. Betts, J.T. (1998), “Survey of numerical methods for trajectory optimization”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 21, pp. 193‐207. Betts, J.T. (2001), Practical Methods for Optimal Control Using Nonlinear Programming, The Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, PA. Chua, C.K., Leong, K.F. and Lim, C.S. (2003), Rapid Prototyping Principles and Applications, World Scientific, Hackensack, NJ. Chuk, R.N. and Thomson, V.J. (1998), “A comparison of rapid prototyping techniques used for wind tunnel model fabrication”, Rapid Prototyping Journal, Vol. 4 No. 4, pp. 185‐96. Damljanović, D., Vitić, A. and Vuković, D. (2006), “Testing of AGARD‐B calibration model in the T‐38 transonic wind‐tunnel”, Scientific‐Technical Review, Vol. 4 No. 2, pp. 52‐62. Gath, P.F. and Calise, A.J. (2001), “Optimization of launch vehicle ascent trajectories with path constraints and coast arcs”, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 24, pp. 296‐304. Hague, R., Mansour, S. and Saleh, N. (2004), “Material and design considerations for rapid manufacturing”, International Journal of Production Research, Vol. 42 No. 22, pp. 4691‐708. Heyes, A.L. and Smith, D.A.R. (2004), “Rapid techniques for wind‐tunnel model manufacture”, Journal of Aircraft, Vol. 41 No. 2, pp. 413‐5. Hildebrand, R.J., Eidson, R.C. and Tyler, C. (2003), “Development of a low cost, rapid prototype, lambda wing‐airframe wind‐tunnel model”, 21st Applied Aerodynamics Conference, Orlando, FL, AIAA Paper 2003‐3818, pp. 23‐6. Jacobs, P.F. (1996), Stereo‐Lithography and Other RP&M Technologies, ASME Press, New York, NY. Prasanna, H.M., Ghose, D., Bhat, M.S., Bhattacharyya, C. and Umakant, J. (2005), “Interpolation‐aware trajectory optimization for a hypersonic vehicle using nonlinear programming”, AIAA Paper 2005‐6063. Quincieu, J., Robinson, C., Stucker, B. and Mosher, T. (2005), “Case study: selective laser sintering of the USUSat II small satellite structure”, Assembly Automation, Vol. 25 No. 4, pp. 267‐72. Springer, A. (1998), “Evaluating aerodynamic characteristics of wind‐tunnel models produced by rapid prototyping methods”, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 35 No. 6, pp. 755‐9. Springer, A. and Cooper, K. (1997), “Comparing the aerodynamic characteristics of wind‐tunnel models produced by rapid prototyping and conventional methods”, AIAA Paper 97‐2222. Tyler, C. (2004), “A joint computational fluid dynamics and experimental fluid dynamics test program”, paper presented at 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, AIAA 2004‐877, 5‐8 January. Tyler, C. (2005), “Evaluation of rapid prototyping technologies for use in wind tunnel model fabrication”, paper presented at 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, AIAA 2005‐1301, 10‐13 January. Tyler, C., Braisted, W. and Higgins, J. (2005), “Evaluation of rapid prototyping technologies for use in wind‐tunnel model fabrication”, paper presented at 43rd AIAA Paper 2004‐6870. Tyler, C., Reeder, M., Braisted, W., Higgins, J. and Gebbie, D. (2004), “Rapid technology focused experimental and computational aerodynamic investigation of a strike tanker”, paper presented at the USAF Development Test and Evaluation Summit, Woodland Hills, CA, AIAA Paper 2004‐6870, 16‐18 November. Wilcox, D.C. (1993), Turbulence Modeling For CFD, DCW Industries, La Canada, CA. Wohlers, T. (2006), “Rapid prototyping and manufacturing state of the industry report”, Annual Worldwide Progress Report, Wohlers Associate, Fort Collins, CO. Zhou, Z., Li, D., Zhang, Z. and Zeng, J. (2008), “Design and fabrication of a hybrid surface‐pressure airfoil model based on rapid prototyping”, Rapid Prototyping Journal, Vol. 14 No. 1, pp. 57‐66.
Thông tin
Thông tin xuất bản

Emerald

Tập 17 Số 1

45-54

Thông tin tác giả