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根據(jù)百度百科飛機蒙皮是指包圍在飛機骨架結(jié)構(gòu)外且用粘接劑或鉚釘固定于骨架上,形成飛機氣動力外形的維形構(gòu)件。飛機蒙皮與骨架所構(gòu)成的蒙皮結(jié)構(gòu)具有較大承載力及剛度,而自重卻很輕,起到承受和傳遞氣動載荷的作用。蒙皮承受空氣動力作用后將作用力傳遞到相連的機身機翼骨架上,受力復(fù)雜,加之蒙皮直接與外界接觸,所以不僅要求蒙皮材料強度高、塑性好,還要求表面光滑,有較高的抗蝕能力。
目前的飛機常見的蒙皮有金屬蒙皮,復(fù)合材料層壓蒙皮、夾層蒙皮和整體壁板等。在飛機蒙皮的散熱方面,根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究,國內(nèi)中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設(shè)計研究所在應(yīng)用3D打印技術(shù)方面,做了一些研究和探索工作。
3D打印實現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)
目前國、內(nèi)外飛機環(huán)境控制系統(tǒng)中主要有以下兩種:
空氣-液體熱交換器
(簡稱:空-液熱交換器)——采用沖壓進氣道、利用沖壓空氣對來自電子設(shè)備的熱流體進行冷卻降溫,目前國、內(nèi)外多數(shù)飛機采用這種形式。
缺點:空-液熱交換器體積較大、高度較高(通常大于100㎜),沖壓進氣道和沖壓空氣對飛機產(chǎn)生較大的氣動阻力,沖壓進氣道內(nèi)的空氣對飛機有較大的燃油代償損。
空氣-空氣蒙皮熱交換器
(簡稱:空氣蒙皮熱交換器)——熱空氣在飛機外蒙皮和機身結(jié)構(gòu)之間的夾層中流動時,利用飛機與環(huán)境空氣的相對速度對熱空氣進行冷卻降溫。
缺點:空氣-空氣蒙皮熱交換器的換熱能力、制冷效果遠(yuǎn)不如空氣-液體蒙皮熱交換器(簡稱:液體蒙皮熱交換器)。
西安飛機設(shè)計研究所研究的蒙皮熱交換器的外層散熱單元與內(nèi)層散熱單元采用3D打印整體成型。其中,外層散熱單元外表面、外層散熱單元內(nèi)表面及多個外層散熱隔板采用3D打印整體成型。內(nèi)層散熱單元外表面、內(nèi)層散熱單元內(nèi)表面及多個內(nèi)層散熱隔板采用3D打印整體成型,通過3D打印實現(xiàn)一體化的結(jié)構(gòu),提高了整體強度。
這是一種雙層飛機蒙皮熱交換器,包含外層散熱單元和內(nèi)層散熱單元,外層散熱單元與內(nèi)層散熱單元之間設(shè)置有空氣通道,外層散熱單元設(shè)置有外層散熱微通道,內(nèi)層散熱單元設(shè)置有內(nèi)層散熱微通道,換熱效率高,可減少集中熱輻射和雷達熱反射面積,可以滿足飛機隱身性能要求。 這種雙層飛機蒙皮熱交換器安裝在機身蒙皮外表面,利用空氣帶走液體的熱量,減小了系統(tǒng)對飛機的燃油代償損失。
3Review
航空航天器中熱負(fù)荷的有效管理也受到導(dǎo)熱碳纖維復(fù)合材料和其他導(dǎo)熱非金屬材料用于飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件和飛機蒙皮的趨勢的影響。為了減輕體重使用了更多的復(fù)合材料,許多常見的復(fù)合材料具有比金屬(例如鋁)更低的導(dǎo)熱性。
熱管理系統(tǒng)包括與熱活性裝置熱連通的微通道組件,微通道組件可以是傾斜微通道組件,S通道組件或波狀翅片組件。3D打印技術(shù)在制造這些復(fù)雜的組件方面具有明顯的優(yōu)勢。
而關(guān)于在飛機蒙皮外表面3D打印組件,美國Sunlight Products提出了3D打印防冰組件。而另外一家公司,THALES則是提出了安裝在飛機蒙皮上的平面設(shè)備加熱回路,該熱力回路具有閉合回路用于傳熱液體的循環(huán),傳熱流體循環(huán)的閉合回路是具有空部分的管狀通道。閉合回路包括與飛行器的功能元件相關(guān)聯(lián)的蒸發(fā)器。而通過3D打印-增材制造方法來制造探頭,和管狀通道。
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