O demonstrador supersônico XB-1 saiu do hangar pela primeira vez em 7 de outubro de 2020.
Blake Scholl, fundador e CEO da Boom Supersonic, está definido para criar um "análogo SpaceX para a indústria da aviação" e, com o tempo, reduzir o tempo médio de viagem intercontinental pela metade. Se o empresário tiver sucesso, o tempo de voo de Tóquio a Seattle será de apenas 4,5 horas, e o custo será comparável ao da moderna classe executiva.
O primeiro jato supersônico desenvolvido de forma independente, projetado para altas velocidades. Do nariz da aeronave à asa delta e estrutura composta de carbono, tudo foi otimizado e projetado para cruzeiro supersônico.
Após a apresentação do XB-1 em 7 de outubro de 2020, o fundador e CEO da Boom, Blake Scholl, conduziu um tour de orientação da aeronave para destacar os principais componentes do design do XB-1.
Fuselagem
Uma das características supersônicas mais pronunciadas do XB-1 é seu casco. “A fuselagem de 22 metros do XB-1 foi projetada para uma velocidade que reduz o arrasto ao voar em velocidades supersônicas”, disse Scholl.
A fuselagem de tubo longo e fino apresenta um alto coeficiente de finura (a razão entre o comprimento e a largura da aeronave) para máxima eficiência. Os engenheiros da Boom projetaram a fuselagem usando ferramentas físicas e digitais, como modelos de vento em escala e análise computacional para garantir que a forma ideal fosse recriada rapidamente.
Habitação
Em velocidade supersônica na superfície externa da aeronave, a temperatura pode chegar a 125 ° C. A estrutura composta de carbono XB-1 resiste a esse calor e mantém sua forma nas condições de voo mais extremas.
“A estrutura de composto de carbono mantém sua rigidez e resistência, mesmo em altas temperaturas e pressões de vôo de alta velocidade”, explicou Scholl. Ao construir a aeronave principalmente com fibra de carbono, o Boom ganhou uma série de vantagens significativas sobre os metais tradicionais, como o alumínio, que pode se expandir em mais de 25 cm durante o vôo supersônico.
Projeto da asa deltóide
O design da asa triangular do XB-1 difere notavelmente da aeronave subsônica que conhecemos hoje. Scholl explicou: "A asa delta do XB-1 equilibra o desempenho em baixa velocidade durante a decolagem e pouso em alta velocidade."
Tão forte quanto eficiente, o design exclusivo da asa do XB-1 foi testado para segurança com uma carga máxima de 27.000 kgf.
Power Point
Na fuselagem traseira do XB-1, existem três motores J85-15 que proporcionam um empuxo máximo de 5.600 kgf. “Esses três motores J85, desenvolvidos pela General Electric, permitem velocidades supersônicas”, acrescentou Scholl.
Cockpit
A cabine do XB-1 de assento único, localizada na linha de visão do piloto, fornece visibilidade durante a decolagem e pouso. O Forward Vision System, montado no pilar A, adiciona uma segunda visão da pista durante o pouso.
O envolvimento dos pilotos de teste do Boom no início da fase de design garantiu que as configurações da cabine e dos instrumentos fossem adaptadas às suas necessidades. O cockpit ergonômico foi desenvolvido com a contribuição de nossos pilotos de teste, disse Scholl, com centenas de horas de análise de fatores humanos e testes de usabilidade.
Parte do nariz
O nariz, onde o ar em alta velocidade encontra pela primeira vez a aeronave, tem um formato preciso para controlar como o resto do veículo interage com o fluxo de ar. Ele minimiza o arrasto, melhora o desempenho em baixa velocidade e mantém todos os componentes atrás dele funcionando com sucesso.
“O nariz cria um fluxo de vórtice preciso para estabilidade em uma ampla faixa de velocidades de vôo”, concluiu Scholl.
Olhando para o futuro
Cada um dos componentes do XB-1 foi projetado para um voo supersônico seguro e eficiente. Mais importante, toda a experiência adquirida durante a criação desta aeronave influenciou diretamente o projeto e o desenvolvimento do avião de passageiros supersônico da abertura da lança. O XB-1 continua abrindo caminho para uma nova era de viagens supersônicas massivas.
Assim que o demonstrador tiver passado com sucesso uma série de testes e testes, a equipe de engenharia começará a montar a abertura em tamanho real com todos os projetos prontos. Overture é uma aeronave de última geração projetada para 100 passageiros com nível de conforto de classe executiva. Scholl disse que o desenvolvimento da Overture custará US $ 6 bilhões - cerca de 5,3 vezes mais barato que o Boeing 787 Dreamliner.
De canoas a aeronaves montadas: o XB-1 se aproxima da pista de taxiamento
(original De 'canoa' para aeronave montada: XB-1 se aproxima da pista de taxiamento )
No mês passado, a empresa fez um brinde virtual à instalação bem-sucedida da estrutura de asa do XB-1. Conectar esta asa delta ogival a uma parte da fuselagem efetivamente transformou a aeronave de uma simples canoa em um jato quase montado. Em vôo, a asa fornecerá à aeronave controlabilidade e estabilidade tanto em velocidades subsônicas quanto supersônicas.
O líder da equipe e engenheiro de processo Ruslan Pshichenko assumiu a liderança no que pode ser considerado o principal enigma: colocar cuidadosamente a estrutura de asa de 330 kg na posição ideal.
“A preparação para este evento teve como objetivo a precisão”, disse Pshichenko. "Como este é um processo muito meticuloso e exigente, primeiro fizemos o encaixe da asa para garantir que tudo estava alinhado conforme o esperado."
A prova, que também serviu de ensaio geral para a instalação final, contou com o apoio ativo de 16 membros da equipe. Indivíduos foram designados a áreas específicas da aeronave para definir a asa no lugar e controlar tudo, até as longarinas e grampos individuais.
Os membros da tripulação ao redor da aeronave colocaram cuidadosamente a estrutura da asa no lugar como parte do treinamento inicial.
“Em geral, a instalação terminou exatamente com o que precisávamos”, disse Pshichenko. "Conseguimos construir um gabarito de montagem para a estrutura para facilitar a reprodutibilidade."
A repetibilidade fácil resultou em uma instalação final rápida e descomplicada.
Uma empilhadeira é usada para levantar e colocar cuidadosamente a estrutura da asa no lugar, e os membros da equipe no solo garantem um processo suave, seguro e tranquilo.
“Para a operação oficial, colocamos membros da equipe no solo e em uma plataforma de montagem para colocar a asa no lugar”, disse Pshichenko. “Usamos uma empilhadeira para auxiliar o processo e seguimos o mesmo procedimento desde a montagem”. Uma vez que tudo estava no lugar, a equipe passou a instalar o wireframe final.
A adição da asa não só transformou visualmente a aeronave, mas também permitiu que a equipe passasse para a próxima etapa de montagem. “Agora que esse marco acabou, várias equipes estão prontas para atingir seus próprios objetivos”, disse Pshichenko. “Designers, aviônicos, sistemas e grupos de manufatura se reuniram e agora podem fazer mais progressos. Depois de concluído, a equipe de produção instalou linhas de combustível para as quatro longarinas. "
A conclusão bem-sucedida desta fase abriu o acesso aos principais sistemas e permitiu que a equipe continuasse a construir.
Enquanto COVID-19 apresenta desafios diários inegáveis, a equipe provou uma capacidade impressionante de superar adversidades, equilibrar com recursos limitados e desenvolver soluções criativas.
“Mantemos um ritmo excelente no hangar e estou extremamente orgulhoso da equipe que fez isso acontecer”, concluiu Pshichenko. "E no meio de uma pandemia, nada menos."
Imprimimos o plano do futuro em uma impressora 3D
( Impressão 3D do Futuro do Voo ) A
Boom instalou mais de 300 peças impressas em 3D em seu demonstrador supersônico XB-1.
Motores potentes. Metais fortes. Chassi robusto.
Quando pensamos em peças de aviões, imaginamos materiais e componentes que são virtualmente indestrutíveis. As peças impressas em 3D não vêm à mente. Mas os avanços nos materiais e nas impressoras 3D estão acelerando o processo de mudança que torna a impressão 3D ideal para prototipagem, ferramentas e equipamentos de voo, sem mencionar peças de reposição, interiores e até mesmo acessórios de encanamento.
A impressão 3D está mudando a maneira como projetamos e fabricamos aeronaves.
Para a equipe por trás do XB-1, o demonstrador supersônico do Boom, a impressão 3D provou ser inestimável em todos os estágios da montagem. Mais de 300 peças exclusivas foram instaladas na aeronave. Mas a impressão 3D trouxe mais para o XB-1 do que apenas a produção de peças.
Três impressoras 3D, três necessidades
No início da montagem da XB-1, a equipe do Boom fez parceria com a Stratasys para explorar as possibilidades da impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva. O programa se concentrou na impressão 3D para atender a três necessidades diferentes: prototipagem funcional, suporte de ferramentas e produção sob demanda de equipamentos de voo. Três impressoras atenderam às necessidades de construção: Stratasys F900, 450mc e F370.
Stratasys F900, 450mc e F370
Uma força de trabalho, a Stratasys F900 ocupa o centro do palco no hangar Boom. A F900 imprime em vários materiais, incluindo ULTEM 9085 e ULTEM 9085 CG. Ambos são termoplásticos à base de resinas de alto desempenho e retardadores de chamas com alta relação resistência / peso, excelente resistência ao calor e alta tenacidade. A equipe usou 9085 para imprimir blocos de perfuração e 9085 CG para as centenas de peças já instaladas no XB-1. 9085 CG vem com certificados de conformidade e também tem melhor rastreabilidade e controle de processo do que o material padrão, tornando-o ideal para peças de aeronaves.
A Stratasys Fortus 450mc também pode imprimir em uma ampla variedade de materiais. A equipe o desenvolveu para imprimir blocos de perfuração de FDM Nylon 12 CF, um material incrivelmente durável. FDM Nylon 12 CF é impregnado com fibra de carbono, tornando-o ideal para impressão de blocos de perfuração rígidos. Durante a montagem da fuselagem de popa de titânio XB-1, a equipe usou centenas de blocos de perfuração, imprimindo-os durante a noite. Isso não apenas tornou a construção mais rápida, mas também reduziu o tempo de inatividade da equipe.
A Stratasys F370 normalmente imprime a partir de ASA, um material econômico e menos durável ideal para prototipagem rápida e teste de componentes de adaptação. A equipe imprimiu protótipos com o F370 para eliminar o risco de qualquer colisão inesperada (colisão de peças ou áreas incompatíveis onde as peças se juntam ou se tocam), bem como para instalação em equipamentos de voo existentes. Testes com peças impressas em 3D permitiram melhorias no design, então quando a equipe finalmente produziu as peças, cada uma coube como uma luva.
Stratasys F900, XB-1. , . ECS (Environmental Control System).
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Durante a primeira fase de construção do XB-1, uma das principais prioridades era prototipar componentes para sistemas de controle de vôo, incluindo mecanismos e componentes mecânicos. O objetivo de cada protótipo era garantir que a peça se encaixasse e também funcionasse em conjunto com outras peças. Com a ajuda de protótipos, a equipe pode verificar se há defeitos (peças incompatíveis a serem unidas) antes de investir recursos valiosos na produção da peça.
Depois de imprimir várias iterações durante várias horas e finalizar os projetos, a equipe segue com a construção dentro do cronograma. Eles também evitam os atrasos que acontecem quando uma peça vem do fabricante e não cabe. Ao manter essas funções dentro da empresa, a equipe reduziu o tempo de inatividade ao mínimo.
A Stratasys F900 é o carro-chefe de toda a produção, capaz de imprimir muitas peças em sua enorme mesa de impressão de 914 x 610 x 914 mm.
Todas as impressoras estiveram envolvidas na prototipagem, desde o coletor de combustível até os suportes do motor. A equipe 3D imprimiu os suportes do motor dianteiro, por exemplo, para testar a compatibilidade com os motores esquerdo e direito. Após várias iterações, eles validaram com sucesso o design durante a revisão de conformidade.
Várias iterações impressas em 3D deste suporte de motor confirmaram um teste de encaixe bem-sucedido.
A equipe 3D imprimiu este protótipo do mecanismo de trava do capô para trazer a cinemática às expectativas.
Ferramentas: Melhorando a precisão e reduzindo os danos potenciais
Durante a montagem da XB-1, a equipe aproveitou os recursos da F900 e 450mc para imprimir mais de 550 blocos de perfuração. Os blocos apoiaram a montagem meticulosa da fuselagem de titânio junto com outros modelos impressos, inclusive para a antepara da cabine.
A equipe usou metrologia para fazer furos nos blocos, resultando em maior precisão. E com mais precisão, a equipe reduziu o potencial de danos à aeronave.
Usando blocos de perfuração impressos em 3D, a equipe conseguiu concluir a montagem conforme programado, minimizando qualquer dano potencial à fuselagem traseira de titânio.
Sem a impressão 3D, o tempo de produção dos blocos de perfuração seria de várias semanas, sem falar nas dezenas de milhares de dólares que seriam necessários para fabricar em alumínio. Graças à impressão 3D interna, os mesmos blocos podem ser impressos em poucos dias a um custo menor.
Esta ilustração mostra muitos locais onde a equipe usou blocos de perfuração impressos em 3D para fazer furos com precisão.
Materiais metálicos: peças de titânio impressas em 3D para suportar o calor
Graças aos avanços significativos na indústria, a impressão 3D agora é possível a partir de praticamente qualquer material. Prata, fotopolímeros, materiais de estereolitografia (epóxis) e até mesmo titânio podem ser usados para impressão 3D.
A Boom fez parceria com a VELO3D para produzir peças de metal que de outra forma levariam semanas, senão meses. No total, a empresa 3D imprimiu 21 peças XB-1, incluindo algumas das peças de titânio mais sofisticadas do XB-1: Manifolds para Válvulas de Sangramento Variável (VBVs), que remove o excesso de ar do compressor do motor.
No caso de manifolds VBV, o uso de métodos tradicionais de produção, como usinagem, soldagem ou fundição, seria impraticável. Eles foram capazes de atingir a geometria desejada da peça apenas por meio da impressão 3D.
Como resultado da parceria da Boom com a VELO3D, 21 peças de metal impressas em 3D foram instaladas no XB-1.
Peças impressas em 3D leves: um divisor de águas para engenheiros aeroespaciais
A impressão 3D não só economizou tempo e recursos durante a montagem, mas também reduziu o peso da aeronave, o que mudou drasticamente as regras para todos os engenheiros aeroespaciais. Como o peso de uma aeronave está diretamente relacionado ao consumo de combustível, o objetivo da engenharia aeroespacial é criar uma aeronave leve que atenda a todos os requisitos de segurança. Uma aeronave mais leve queima menos combustível, portanto, qualquer redução de peso é de extrema importância.
As peças impressas em 3D, dependendo da escolha dos materiais, podem ser significativamente mais leves do que suas contrapartes tradicionais de aço e alumínio. No XB-1, que tem mais de 340 peças exclusivas impressas em 3D, o peso geral era essencial.
Agora que o grupo de produção entregou o XB-1 à equipe de testes de solo e vôo, eles estão voltando sua atenção para o projeto e a construção do futuro avião supersônico Boom.
E para a abertura, as possibilidades de impressão 3D parecem infinitas, com a capacidade de imprimir 3D do interior da cabine, painel de controle de vôo e cozinha - além de prototipagem, reabastecimento e equipamento de vôo.
Os avanços na impressão 3D, alimentando esses recursos, abrirão novas oportunidades para custos de fabricação mais baixos, tempos de produção mais rápidos e emissões mais baixas por meio de aeronaves mais leves.
Peças impressas em impressora 3D
( As peças de aeronaves impressas em 3D da Boom revelam o futuro da fabricação )A tecnologia de impressão 3D está conquistando o mundo da manufatura. Do design de produtos de consumo à modelagem médica, um número crescente de empresas está percebendo o valor da impressão 3D para prototipagem e fabricação rápidas.
Talvez nenhuma indústria tenha visto um impacto tão grande quanto a indústria aeroespacial. A Boeing está projetada para economizar até US $ 3 milhões em cada aeronave ao imprimir peças de titânio em 3D no 787 Dreamliner. A Honeywell economizou mais de sete meses em redesenho por meio da manufatura aditiva. A Airbus conseguiu criar painéis espaçadores para armazenamento superior 15% mais leve do que antes.
A Boom começou a usar a impressão 3D há mais de dois anos, como parte de uma parceria com a líder global Stratasys. Desde então, a empresa produziu centenas de peças, ferramentas e protótipos impressos em 3D e economizou milhares de horas de trabalho. A Stratasys and Boom anunciou recentemente uma extensão de sete anos até 2026 e continuará a fornecer soluções criativas para problemas complexos.
Os benefícios para a Boom e muitas empresas semelhantes são enormes. Os três benefícios mais notáveis incluem economia de tempo, dinheiro e peso. Muitas peças de aeronaves são geometrias inerentemente complexas, em parte devido à falta de espaço e peso. Antes da impressão 3D, peças complexas eram fresadas a partir de um único bloco de material, o que geralmente se tornava extremamente caro, trabalhoso e demorado.
Quão eficaz é a impressão 3D para Boom? Compartilhamos cinco componentes impressos exclusivos que lançam luz sobre o futuro da fabricação de aeronaves:
Regulador de pressão de freio
O regulador de pressão do freio é usado para proteger os componentes de controle da pressão do amortecedor no compartimento hidráulico do pilar A. Se essa peça fosse feita de alumínio, como é feito tradicionalmente, levaria mais de 6 semanas e US $ 2.000. Este protótipo de vôo levou apenas 9,5 horas para ser impresso e custou US $ 70 para os materiais.
Monte para conexão de telemetria
Esta parte serviu como montagem do equipamento ao testar a conexão de telemetria. Como parte dos testes, uma equipe de engenheiros instalou equipamentos em Pikes Peak, 4.300m no Colorado, e confirmou que uma conexão de telemetria confiável entre a aeronave e a estação terrestre poderia ser mantida por até 200 milhas.
Equipamento de teste do sistema de controle de vôo
Usado para validar a mecânica de deflexão dos comandos traseiros, este dispositivo de teste de controle de vôo permitiu testes de segurança rápidos e completos a um custo muito baixo. Embora esta parte impressa não seja usada para equipamentos de voo, ela permitiu que os engenheiros garantissem que os atuadores do equipamento de voo funcionassem corretamente.
Duto de ar de sangria do compressor
Outro grande exemplo de prototipagem rápida, este duto de sangria do compressor foi usado durante o teste do motor para redirecionar o ar do circuito interno do motor e como uma peça de teste para garantir um ajuste final durante o vôo. Sem a impressão 3D, essas peças provavelmente seriam desprovidas de funcionalidade, um processo que requer o uso de muitas peças diferentes para obter a forma mais eficiente.
Uma peça de alumínio tradicional seria significativamente mais complexa de projetar e custaria cerca de 4 semanas e US $ 4000. Para o Boom, essa parte levou apenas 14 horas e US $ 150.
Palete de equipamentos de voo
Este trabalho de impressão de 94 horas com mais de 70 peças foi concluído em uma palete de equipamentos de vôo Stratasys F900 para vários sistemas de aeronaves. Com as vantagens de eletricidade, asa, controles de vôo, hidráulica e fuselagem, esse único trabalho economizou milhares de dólares e semanas de lead time em relação aos métodos de fabricação tradicionais.
Somos gratos a Dmitry Kudryavtsev e Varya Sheremet por sua ajuda com a tradução.
Em 9 de novembro de 2020, uma Startup School for Future Founders por Y Combinator começou a partir do melhor acelerador do mundo, e publicaremos traduções úteis para aqueles que planejam se tornar o fundador de uma startup internacional.
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