Стартап в Y Combinator: сверхзвуковой самолет будущего

image

Сверхзвуковой демонстратор XB-1, впервые выехал из ангара 7 октября 2020 года.

Основатель и гендиректор компании Boom Supersonic Блейк Шолль собирается создать «аналог SpaceX для авиационной промышленности» и со временем сократить среднее время межконтинентальных перелетов в два раза. Если предприниматель добьется успеха, время перелета из Токио в Сиэтл составит всего 4,5 часа, а стоимость будет сопоставима с современным бизнес-классом.

Первый в истории независимо разработанный сверхзвуковой реактивный самолет, рассчитанный на высокие скорости. Все элементы, от носовой части самолета до треугольного крыла и рамы из углеродного композита, были оптимизированы и созданы с учетом сверхзвукового крейсерского полета.

После презентации XB-1 7 октября 2020 года основатель и генеральный директор Boom Блейк Шолль провел ознакомительный тур по самолету, чтобы выделить ключевые компоненты конструкции XB-1.

Фюзеляж

Одна из самых явных сверхзвуковых особенностей XB-1 — это его корпус. “Протяженностью 71 фут, фюзеляж XB-1 рассчитан на скорость, снижающую лобовое сопротивление при полёте на сверхзвуковых скоростях”, — сказал Шолль.

image

Фюзеляж, выполненный в виде длинной тонкой трубы, отличается высоким коэффициентом тонкости (соотношение между длиной и шириной самолета) для максимальной эффективности. Инженеры Boom спроектировали фюзеляж, используя как физические, так и цифровые инструменты, такие как масштабированные модели ветра и вычислительный анализ, чтобы обеспечить быстрое воссоздание идеальной формы.

Корпус

На сверхзвуковой скорости на наружной поверхности самолета температура может достигать до 260 ° F. Каркас XB-1 из углеродного композита выдерживает этот нагрев и сохраняет форму в самых экстремальных условиях полета.

image

«Каркас из углеродного композита сохраняет свою жесткость и прочность даже при высоких температурах и давлении высокоскоростного полета», — пояснил Шолль. Создав самолет в основном из углеродного волокна, Boom получил ряд значительных преимуществ по сравнению с традиционными металлами, такими как алюминий, который может расширяться более чем на 12 дюймов во время сверхзвукового полета.

Дельтовидная конструкция крыла

Треугольная конструкция крыла XB-1 заметно отличается от дозвуковых самолетов, известных нам сегодня. Шолль объяснил: «треугольное крыло XB-1 уравновешивает низкоскоростные характеристики при взлете и посадке с высокой скоростью».

image

Столь же прочная сколько и эффективная, уникальная конструкция крыла XB-1 была протестирована на безопасность при максимальной нагрузке в 60 000 фунтов силы.

Силовая установка

В кормовой части фюзеляжа XB-1 расположены три двигателя J85–15, обеспечивающих максимальную тягу в 12 300 фунтов силы (фунт-сила). «Эти три двигателя J85, разработанные General Electric, позволяют развивать сверхзвуковые скорости, — добавил Шолль

image

Кабина экипажа

Одноместная кабина экипажа XB-1, расположенная на уровне линии видимости пилота, обеспечивает обзор во время взлета и посадки. Система переднего обзора, установленная в передней стойке шасси, добавляет второй вид взлетно-посадочной полосы во время посадки.

image

Вовлечение пилотов-испытателей Boom на раннем этапе проектирования позволило убедиться, что конфигурация кабины и приборов полностью соответствует их потребностям. «Эргономичная кабина была разработана с участием наших пилотов-испытателей, — сказал Шолль, — с учетом сотен часов анализа человеческого фактора и тестирования удобства использования».

Носовая часть

Носовая часть, где воздух с высокой скоростью впервые встречается с самолетом, имеет точную форму, позволяющую контролировать, как остальная часть транспортного средства взаимодействует с потоком воздуха. Он сводит к минимуму сопротивление, улучшает характеристики на низких скоростях и поддерживает успешную работу всех компонентов, стоящих за ним.

image

«Носовая часть создает точный вихревой поток для обеспечения стабильности в широком диапазоне скоростей полета», — заключил Шолль.

Заглядывая в будущее

Каждый из компонентов XB-1 был разработан для безопасного и эффективного сверхзвукового полета. Что еще более важно, весь опыт, полученный в процессе создания этого самолета, напрямую повлиял на проектирование и разработку сверхзвукового пассажирского авиалайнера Boom Overture. XB-1 продолжает прокладывать путь в новую эру массовых сверхзвуковых путешествий.

Когда демонстратор успешно пройдет серию тестов и испытаний, команда инженеров приступит к сборке полноразмерного судна Overture — все чертежи для этого уже готовы. Overture — это самолет нового поколения, рассчитанный на 100 пассажиров с уровнем комфорта бизнес-класс. По словам Шолля, разработка Overture обойдется в $6 млрд — это примерно в 5,3 раза дешевле, чем создание лайнера Boeing 787 Dreamliner.


От «каноэ» до собранных самолетов: XB-1 приближается к рулежной дорожке

(оригинал From ‘canoe’ to assembled aircraft: XB-1 approaches the taxiway)

image

В прошлом месяце компания поделилась виртуальным тостом в честь успешной установки конструкции крыла XB-1. Присоединение этого оживального-треугольного крыла к части фюзеляжа эффективно преобразило самолет из простой формы каноэ в почти собранный реактивный самолет. В полете крыло обеспечит самолету управляемость и устойчивость как на дозвуковой, так и на сверхзвуковой скорости.

Руководитель группы и инженер-технолог Руслан Пшиченко возглавил задачу, которую можно считать главной головоломкой: аккуратно разместить 725-фунтовую (328,854 КГ) конструкцию крыла в идеальном положении.

«Подготовка к этому событию была направлена ​​на точность, — сказал Пшиченко. «Поскольку это очень кропотливый и требовательный процесс, мы сначала провели примерку крыла, чтобы все было выровнено так, как ожидалось».

Примерка, которая также послужила генеральной репетицией финальной инсталляции, включала активную поддержку 16 членов команды. Отдельные лица были назначены в определенные области самолета, чтобы установить крыло на место и контролировать все, вплоть до отдельных лонжеронов и зажимов.

image

Члены команды, расположенные вокруг самолета, аккуратно устанавливают конструкцию крыла на место в рамках начальной подготовки.

«В целом, установка завершилась именно тем, что нам было необходимо», — сказал Пшиченко. «Мы смогли построить сборочный стапель для каркаса чтобы облегчить воспроизводимость».
Легкая повторяемость привела к быстрой и беспроблемной окончательной установке.

image

Вилочный погрузчик используется для осторожного подъема и установки конструкции крыла на место, а члены команды на земле обеспечивают плавный, безопасный и плавный процесс.

«Для официальной операции мы разместили членов команды на земле и на монтажной платформе, чтобы установить крыло на место», — сказал Пшиченко. «Мы использовали вилочный погрузчик для содействия процессу и применяли ту же процедуру с момента сборки». Как только все было размещено, команда приступила к установке окончательного каркаса.

Добавление крыла не только визуально преобразило самолет, но и позволило команде перейти к следующему этапу сборки. «Теперь, когда эта веха позади, несколько команд готовы к достижению своих собственных целей», — сказал Пшиченко. «Конструкторы, авионика, системы и производственные группы объединились, и могут теперь добиваться дальнейшего прогресса. Сразу после завершения производственная бригада установила топливные магистрали для четырех лонжеронов крыла ».

image

Успешное завершение этого этапа открыло доступ к ключевым системам и позволило команде продолжить сборку.

Хотя COVID-19 представляет собой неоспоримые повседневные проблемы, команда доказала впечатляющую способность преодолевать невзгоды, балансировать в условиях ограниченных ресурсов и разрабатывать творческие решения.

«Мы поддерживаем отличный темп в ангаре, и я невероятно горжусь командой, благодаря которой это произошло», — заключил Пшиченко. «И в разгар пандемии, не меньше».


Печатаем самолет будущего на 3д-принтере

(3D Printing the Future of Flight)

image

Компания Boom установила более 300 напечатанных на 3D-принтере деталей на свой сверхзвуковой демонстратор XB-1.

Мощные двигатели. Крепкие металлы. Прочное шасси.

Когда мы задумываемся о частях самолета, мы представляем практически неразрушимые материалы и узлы. На ум не приходят детали, напечатанные на 3D-принтере. Но достижения в области материалов и 3D-принтеров ускоряют процесс изменения, благодаря которым 3D-печать идеально подходит для создания прототипов, инструментов и летного оборудования, не говоря уже о запасных частях, интерьерах и даже элементов сантехники.

3D-печать меняет то, как мы проектируем и производим самолеты.

Для команды, создавшей XB-1, сверхзвуковой демонстратор Boom, 3D-печать оказалась неоценимой на каждом этапе сборки. На самолет установлено более 300 уникальных деталей. Но 3D-печать внесла в XB-1 больше, чем просто производство деталей.

Три 3D-принтера, три потребности

В начале сборки XB-1 команда Boom в партнерстве со Stratasys исследовала возможности 3D-печати, также известной как аддитивное производство. Программа ориентировалась на 3D-печать для удовлетворения трех различных потребностей: функционального прототипирования, поддержки инструментов и производства летного оборудования по запросу. Три принтера соответствовали потребностям сборки: Stratasys F900, 450mc и F370.

image

Stratasys F900, 450mc и F370

Рабочая лошадка, Stratasys F900 занимает центральное место в ангаре Boom. F900 печатает на нескольких материалах, включая ULTEM 9085 и ULTEM 9085 CG. Оба являются огнестойкими, высокоэффективными термопластами на основе смолы с высоким показателем прочности к весу, отличной термостойкостью и высокой ударной вязкостью. Команда использовала 9085 для печати сверлильных блоков и 9085 CG для сотен деталей, которые уже установлены на XB-1. 9085 CG поставляется с сертификатами соответствия, а также имеет лучшую прослеживаемость и контроль процесса, чем стандартный материал, что делает его идеальным для производства деталей самолетов.

Stratasys Fortus 450mc также может печатать на самых разных материалах. Команда разработала его для печати сверлильных блоков из FDM Nylon 12 CF, невероятно прочного материала. FDM Nylon 12 CF пропитан углеродным волокном, что делает его идеальным для печати жестких сверлильных блоков. Во время сборки титановой кормовой части фюзеляжа XB-1 команда использовала сотни сверлильных блоков, напечатав их за ночь. Это не только ускорило сборку, но и сократило время простоя команды.

Stratasys F370 обычно печатает из ASA, экономичного и менее прочного материала, который идеально подходит для быстрого создания прототипов и тестирования компонентов фитингов. Команда напечатала прототипы с F370, чтобы сжечь риск любых неожиданных столкновений (столкновение деталей или несовпадающие области, где детали соединяются или соприкасаются), а также для установки на существующее летное оборудование. Тестовая примерка с использованием деталей, напечатанных на 3D-принтере, позволила улучшить конструкцию, поэтому, когда команда в конечном итоге произвела детали, каждая из них подошла как перчатка.

Загляните внутрь Stratasys F900, поскольку он печатает летное оборудование XB-1. Более короткие компоненты слева представляют собой линейные блоки, удерживающие трубы для гидравлической системы. Большие воздуховоды справа являются частью ECS (Environmental Control System).

Функциональное прототипирование: создание идеальной примерки

На первом этапе постройки XB-1 одним из основных приоритетов было создание прототипов компонентов для систем управления полетом, включая механизмы и механические компоненты. Целью каждого прототипа было убедиться, что деталь подходит, а также работает вместе с другими деталями. С помощью прототипов команда могла проверить наличие дефектов (несоответствие соединяемых деталей), прежде чем вкладывать ценные ресурсы в производство детали.

Распечатав несколько итераций в течение нескольких часов и доработав проекты, команда придерживается сборки по графику. Они также избежали задержек, которые случаются, когда деталь приходит от производителя и не подходит. Сохраняя эти функции внутри компании, команда свела простои к минимуму.

image

Stratasys F900 — это рабочая лошадка всего производства, способная печатать несколько деталей на своей массивной печатной платформе размером 3x2x3 дюйма.

Все принтеры были задействованы в создании прототипов — от топливного коллектора до опор двигателя. Команда 3D напечатала передние узлы крепления двигателя, например, чтобы проверить совместимость с левым и правым двигателями. После нескольких итераций они успешно утвердили дизайн во время проверки на соответствие.

image

Несколько напечатанных на 3D-принтере итераций этой опоры двигателя подтвердили успешную проверку примерки.

image

Команда напечатала на 3D-принтере этот прототип механизма защелки для капота, чтобы кинематика соответствовала ожиданиям.

Инструменты: повышение точности и снижение возможный ущерб

В ходе сборки XB-1 команда использовала возможности F900 и 450mc для печати более 550 сверлильных блоков. Блоки поддерживали тщательную сборку титанового фюзеляжа вместе с другими печатными шаблонами, в том числе для переборки кабины.

Команда использовала метрологию для сверления отверстий с блоками, что привело к большей точности. И с большей точностью команда уменьшила потенциальные повреждения самолета.

image

Используя напечатанные на 3D-принтере блоки для сверления, команда смогла выполнить сборку в соответствии с графиком, одновременно уменьшив любые потенциальные повреждения титановой кормовой части фюзеляжа.

Без 3D-печати сроки изготовления сверлильных блоков составила бы несколько недель, не говоря уже о десятках тысяч долларов, которые потребовались бы при изготовлении из алюминия. Благодаря собственной 3D-печати те же блоки можно было распечатать за несколько дней с меньшими затратами.

image

На этой иллюстрации показано множество мест, где команда использовала напечатанные на 3D-принтере блоки сверла для точного сверления отверстий.

Металлические материалы: детали, напечатанные на 3D-принтере из титана, выдерживающие тепло

Благодаря значительным достижениям в отрасли теперь возможна 3D-печать практически из любых материалов. Для 3D-печати можно применять серебро, фотополимеры, материалы для стереолитографии (эпоксидные смолы) и даже титан.

Компания Boom заключила партнерство с VELO3D для производства металлических деталей, на изготовление которых в противном случае потребовались бы недели, если не месяцы. В общей сложности компания напечатала на 3D-принтере 21 деталь для XB-1, в том числе некоторые из самых сложных титановых деталей XB-1: коллекторы для регулируемых дренажных клапанов (VBV), которая удаляет избыточный воздух из компрессора двигателя.

В случае коллекторов VBV использование традиционных методов производства, таких как механическая обработка, сварка или литье, было бы непрактичным. Они смогли добиться желаемой геометрии детали только с помощью 3D-печати.

image

В результате партнерства Boom с VELO3D на XB-1 была установлена ​​21 металлическая деталь, напечатанная на 3D-принтере.

Легкие детали, напечатанные на 3D-принтере: кардинальное изменение для аэрокосмических инженеров

3D-печать не только сэкономила время и ресурсы во время сборки, но и снизила вес самолета, что кардинально изменило правила для всех аэрокосмических инженеров. Поскольку вес самолета напрямую связан с расходом топлива, целью аэрокосмической техники является создание легкого самолета, при этом отвечающего всем требованиям безопасности. Более легкий самолет сжигает меньше топлива, поэтому любое снижение веса имеет огромное значение.

Детали, напечатанные на 3D-принтере, в зависимости от выбора материалов, могут быть значительно легче, чем их традиционные аналоги, изготовленные из стали и алюминия. На XB-1, который имеет более 340 уникальных деталей, напечатанных на 3D-принтере, общий вес имел существенное значение.

Теперь, когда производственная группа передала XB-1 группе наземных и летных испытаний, они обращают внимание на дизайн и конструкцию будущего сверхзвукового авиалайнера Boom.

А для Overture возможности 3D-печати кажутся безграничными, с возможностью 3D-печати деталей интерьера кабины, панели контроля полета и камбуза — в дополнение к прототипированию, заправке топливом и летному оборудованию.

Достижения в области 3D-печати, подпитывающие эти возможности, откроют новые возможности для снижения производственных затрат, ускорения сроков производства и сокращения выбросов за счет создания более легких самолетов.


Запчасти, напечатанные на 3д-принтере

(Boom’s 3D Printed Aircraft Parts Reveal the Future of Manufacturing)

Технология 3D-печати штурмом захватывает мир производства. От дизайна потребительских товаров до медицинского моделирования все большее число компаний осознают ценность 3D-печати для быстрого прототипирования и производства.

Возможно, ни одна отрасль не видела такого серьезного влияния, как авиакосмическая промышленность. Согласно прогнозам, Boeing сэкономит до 3 миллионов долларов на каждом самолете за счет 3D-печати титановых деталей на 787 Dreamliner. Компания Honeywell сэкономила более семи месяцев на редизайне за счет аддитивного производства. Airbus удалось создать проставочные панели для верхних багажных отсеках на 15 процентов легче, чем это было возможно ранее.

image

Boom начал использовать 3D-печать более двух лет назад в рамках партнерства с мировым лидером Stratasys. С тех пор компания изготовила сотни деталей, инструментов и прототипов, напечатанных на 3D-принтере, и сэкономила тысячи часов рабочего времени. Stratasys и Boom недавно объявили о семилетнем продлении партнерства до 2026 года и продолжат реализацию творческих решений сложных проблем.

Выгода для Boom и многих аналогичных компаний огромны. Три наиболее заметных преимущества включают экономию времени, денег и веса. Многие детали самолетов по своей природе обладают сложной геометрией, отчасти из-за нехватки места и веса. До 3D-печати сложные детали фрезеровались из цельного блока материала, что часто становилось чрезвычайно дорогостоящим, кропотливым и трудоемким делом.

Насколько эффективна 3D-печать для Boom? Мы делимся пятью уникальными печатными компонентами, которые проливают свет на будущее авиастроения:

Регулятор тормозного давления

image

Регулятор тормозного давления используется для крепления компонентов, регулирующих давление подпорки в гидравлике отсека передней стойки шасси. Если бы эта деталь была сделана из алюминия, как это делается традиционно, на это потребовалось бы более 6 недель и 2 000 долларов. Этот летный образец распечатывался всего 9,5 часов и стоило 70 долларов за материалы.

Крепление для подключения телеметрии

image

Эта деталь служила креплением для оборудования при проверке телеметрического соединения. В рамках испытаний команда инженеров установила оборудование на Пайкс-Пик, 14000 (футов) в Колорадо, и подтвердила, что надежное телеметрическое соединение между самолетом и наземной станцией может поддерживаться на расстоянии до 200 миль.

Испытательная оснастка для системы управления полётом

image

Используемая для проверки механики отклонения приводов горизонтального оперения, эта испытательная оснастка для системы управления полётом позволила провести быстрое и тщательное тестирование безопасности с очень небольшими затратами. Хотя эта печатная деталь не будут использоваться в качестве летного оборудования, она позволила инженерам обеспечить правильную работу исполнительных механизмов летного оборудования.

Воздуховод для отбора воздуха из компрессора

image

Еще один замечательный пример быстрого прототипирования, этот воздуховод для отбора воздуха из компрессора использовался во время испытаний двигателя для перенаправления воздуха из внутреннего контура двигателя и в качестве испытательного образца для обеспечения окончательной подгонки детали во время полета. Без 3D-печати такие детали, скорее всего, были бы лишены функциональности, а этот процесс требует использования множества различных деталей для получения наиболее эффективной формы.

Традиционная алюминиевая деталь была бы значительно более сложной в проектировании и затраты были бы примерно 4 недели и 4000 долларов. Для Boom на эту деталь потребовалось всего 14 часов и 150 долларов.

Поддон с полетным оборудованием

image

Это 94-часовое задание на печать, состоящее из более чем 70 деталей, было выполнено на машине Stratasys F900 Поддон с полетным оборудованием для различных систем самолета. Благодаря преимуществам электрической части, крыла, органов управления полетом, гидравлики и фюзеляжа, одна эта единственная работа сэкономила тысячи долларов и недели времени выполнения заказа по сравнению с традиционными методами производства.

Благодарим Дмитрия Кудрявцева и Варю Шеремет за помощь с переводом.

9 ноября 2020 стартовала бесплатная Школа стартапов для будущих основателей (Startup School for Future Founders от Y Combinator) от лучшего в мире акселератора и мы будем публиковать полезные переводы для тех, кто планирует стать основателем стартапа международного уровня.

Следите за новостями YC Startup Library на русском в телеграм-канале или в фейсбуке.

Полезные материалы

 

Источник

, ,

Читайте также

Меню