谷研究 l 3D打印飛機蒙皮的散熱或除冰組件

根據百度百科飛機蒙皮是指包圍在飛機骨架結構外且用粘接劑或鉚釘固定於骨架上,形成飛機氣動力外形的維形構件。飛機蒙皮與骨架所構成的蒙皮結構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後將作用力傳遞到相連的機身機翼骨架上,受力複雜,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。

谷研究 l 3D打印飞机蒙皮的散热或除冰组件

目前的飛機常見的蒙皮有金屬蒙皮,複合材料層壓蒙皮、夾層蒙皮和整體壁板等。在飛機蒙皮的散熱方面,根據3D科學谷的市場研究,國內中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所在應用3D打印技術方面,做了一些研究和探索工作。

3D打印實現一體化結構

目前國、內外飛機環境控制系統中主要有以下兩種:

空氣-液體熱交換器

(簡稱:空-液熱交換器)——採用衝壓進氣道、利用衝壓空氣對來自電子設備的熱流體進行冷卻降溫,目前國、內外多數飛機採用這種形式。

缺點:空-液熱交換器體積較大、高度較高(通常大於100㎜),衝壓進氣道和衝壓空氣對飛機產生較大的氣動阻力,衝壓進氣道內的空氣對飛機有較大的燃油代償損。

谷研究 l 3D打印飞机蒙皮的散热或除冰组件

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構之間的夾層中流動時,利用飛機與環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、製冷效果遠不如空氣-液體蒙皮熱交換器(簡稱:液體蒙皮熱交換器)。

谷研究 l 3D打印飞机蒙皮的散热或除冰组件

西安飛機設計研究所研究的蒙皮熱交換器的外層散熱單元與內層散熱單元採用3D打印整體成型。其中,外層散熱單元外表面、外層散熱單元內表面及多個外層散熱隔板採用3D打印整體成型。內層散熱單元外表面、內層散熱單元內表面及多個內層散熱隔板採用3D打印整體成型,通過3D打印實現一體化的結構,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層散熱單元,外層散熱單元與內層散熱單元之間設置有空氣通道,外層散熱單元設置有外層散熱微通道,內層散熱單元設置有內層散熱微通道,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,減小了系統對飛機的燃油代償損失。

3D科學谷Review

航空航天器中熱負荷的有效管理也受到導熱碳纖維複合材料和其他導熱非金屬材料用於飛機結構構件和飛機蒙皮的趨勢的影響。為了減輕體重使用了更多的複合材料,許多常見的複合材料具有比金屬(例如鋁)更低的導熱性。

熱管理系統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打印技術在製造這些複雜的組件方面具有明顯的優勢。

而關於在飛機蒙皮外表面3D打印組件,根據3D科學谷的市場研究,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備加熱迴路,該熱力迴路具有閉合迴路用於傳熱液體的循環,傳熱流體循環的閉合迴路是具有空部分的管狀通道。閉合迴路包括與飛行器的功能元件相關聯的蒸發器。而通過3D打印-增材製造方法來製造探頭,和管狀通道。

參考資料:CN105416563A ,US 20150122947 A1,US 20170029126 A1

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