Air Force søger additiv fremstilling for at udvide hypersonisk flykapacitet

Luftvåbnet tester materialer produceret gennem keramisk additiv fremstilling for at fremme deres potentielle fremtidige brug i hypersoniske flyvemaskiner.

Forskere fra Air Force Research Laboratory Aerospace Systems Directorate indgik for nylig en samarbejdsaftale om forskning og udvikling - materialeoverførsel med HRL Laboratories for at teste additivt fremstillede siliciumoxycarbid (SiOC) materialer. med den ildfaste karakter af keramik rummer et enormt potentiale for en række fremtidige luftvåben applikationer. En sådan mulig anvendelse er hypersonisk flyvning, som udsætter materialer for ekstreme miljøer, herunder høje temperaturer.

Potentialet i de HRL-producerede materialer til krævende luftvåbenapplikationer blev tydeligt, mens forskere i Aerospace Systems Directorate ledte efter nye termoelementstrålingsskærme. SiOC-materialerne blev fremstillet gennem en additiv fremstillingsproces ved anvendelse af en prækeramisk harpiks. Efter fremstilling af en del, den prækeramiske harpiks blev varmebehandlet for at omdanne komponenten til en fuldt keramisk tilstand. AFRL-forskere blev interesseret i HRLs nye proces ved at drage fordel af state-of-the-art 3D-printmuligheder og prækeramisk harpiks kemi samt den mulige ydelse af de sidste SiOC-materialer ved høje temperaturer.

"Hvis et materiale kan modstå disse temperaturer - cirka 3, 200 grader Fahrenheit - det kan bruges til hypersoniske flymotorkomponenter som stivere eller flammeholdere, "sagde Jamie Szmodis, en hypersonisk forskningsingeniør hos Aerospace Systems Directorate.

Hypersonisk flyvning er et overbevisende studieområde for den amerikanske og internationale luftfartsindustri. Nuværende fly flyver med supersonisk hastighed, over 768 miles i timen, eller MACH 1. Hvis det opnås, hypersonisk kamp, det er hastigheder, der overstiger Mach 5, ville give mulighed for meget hurtigere militære responstider, mere avancerede våben og drastisk reducerede rejsetider for den militære og kommercielle sektor med hastigheder over 4, 000 miles i timen.

CRADA-MTA, en type teknologioverførselsaftale, der giver mulighed for overførsel af materialer til testning, var med til at lette et arbejdsforhold mellem AFRL og HRL for at teste materialet.

"Uden materialoverførselsaftalen, vi ville have købt prøverne for at teste dem. Vi ville have været kunde, i modsætning til en samarbejdspartner, "sagde Szmodis." Med aftalen er vi i stand til at levere testresultater til HRL og give feedback, der er værdifuld for begge parter. "

I henhold til aftalen modtog direktoratet 5 termoelementstrålingsskærme og 15 prøveflasker fremstillet af SiOC -harpiksen. For at udføre testene, Szmodis etablerede et lille team af forskere fra flere direktorater og specialer. Forskere fra AFRL Materialer and Manufacturing Directorate, Strukturmaterialedivision, Sammensat gren, ledet af Dr. Matthew Dickerson, foretaget materialeanalyse og varmebehandlinger. Direktoratet for luftfartssystemer, Aerospace Vehicle Division, Strukturvalidering Filialforskere, ledet af Bryan Eubanks, udført mekanisk analyse med fokus på termisk ekspansionsanalyse ved temperaturer fra 500 - 3, 500 grader Fahrenheit. Derudover forskere ved Arnold Engineering Development Complex's Propulsion Research Facility udførte analyse af materialets egenskaber i en testinstitution med høj entalpi-instrumentering.

En slutrapport af resultaterne blev afsluttet i marts og leveret til HRL. I løbet af deres samarbejde undersøgelse, AFRL og HRL skubbede de additivt fremstillede komponenter langt ud over deres designkuvert. De data, der kom frem fra denne ekstreme test, gav partnerne værdifuld information, der i øjeblikket bruges til at styre produktionen af ​​næste generations additivt fremstillede keramik. Disse anbefalinger og yderligere fremskridt fra HRL har potentiale til at producere materialer, der kan opfylde de hypersoniske krav.

"Den ekstreme temperaturtest, som AFRL udførte, afslørede grænserne for vores nye materiale og udfordrede os til at forbedre det, sagde Dr. Tobias Schaedler, en seniorforsker fra HRL.