Studenci uczą się inżynierii, drukując funkcjonalny model silnika odrzutowego 3D

Projekt został rozpoczęty na Uniwersytecie w Glasgow w 2013 r. Chris Triantafyllou, prezes i założyciel JetX, zdał sobie sprawę, że istnieje potrzeba większej aktywności fizycznej i mniejszego uczenia się podręcznika, aby ludzie byli bardziej zaangażowani w przedmiot inżynierii lotniczej. Ponadto zauważył dwie umiejętności - projektowanie do montażu i analizy symulacji - które inżynierowie będą potrzebować w przyszłości, ale nie mieli możliwości zdobycia bezpośredniego doświadczenia. W związku z tym JetX rozpoczął projekt budowy modelu silnika z nadrukiem 3D.

Ponad 50 inżynierów pracowało nad funkcjonalnym modelem X-plorer 1 o długości 75 cm i rozpiętości 27 cm. waga 8,1 kg. Model turbowentylatora z wysokim przejazdem zawiera ponad 965 wydrukowanych w 3D części, 300 elementów złącznych i 10 zintegrowanych czujników. Całość została zbudowana od zera, a każdy kawałek jest wzorowany na aktualnych teoriach aerodynamicznych.

"Pierwszym krokiem w optymalizacji projektu jest wykonanie obliczeniowych analiz w celu zbadania, jak zmienia się przepływ w całym silnik, a także wpływ, jaki konkretne siły i warunki obciążenia mają na części ", powiedział Triantafyllou. "Gdy dostępnych jest kilka projektów dla jednej części, analizy CFD są wykonywane przy użyciu narzędzi, które obejmują Solidworks Flow Simulation, ANSYS Fluent i Star CCM + na pojedynczych statorach, wirnikach lub wielostopniowych segmentach, aby ocenić, który z nich działa najlepiej."

Zespół przeprowadza również analizę elementów skończonych, aby zidentyfikować wysokie stężenia naprężeń i ustalić, czy awaria jest prawdopodobna w różnych warunkach obciążenia. Nawet na modelu rozmiaru, który buduje zespół, siły odśrodkowe mogą być silne, a scenariusze niepowodzenia są modelowane, aby ocenić, czy wpływ będzie zawarty.

Wydrukowane części 3D są wykonane z różnych materiałów , w tym między innymi PLA, ABS, Nylon i PETG. Najkrótszy wydruk trwał zaledwie 7 minut, a najdłuższy trwał ponad 58 godzin. Według Triantafyllou drukowanie 3D było stosowane jako obróbka CNC, a inne technologie byłyby zbyt drogie.

"Przejście z CAD na część jest prostsze, a wydana kwota idzie daleko z drukowaniem 3D, szczególnie gdy za pomocą drukarki 3D FFF ", powiedział.

Ponadto drukowanie 3D oznaczało, że zespół mógł łatwo przeprojektować i przetestować nowe części, gdy zajdzie taka potrzeba. Na przykład połączenie wału okazało się zbyt słabe, więc przeprojektowano i przedrukowywano część, aż uzyskała potrzebną siłę.

"Zajęło 21prototypy i tylko 7 dni, aby dostać się do części, której potrzebowaliśmy, użycie innej metody produkcji oznaczałoby miesiące, a koszt wyniósłby 1000 £, a nawet 10 000 £ ", powiedział Triantafyllou.

Wewnątrz Xplorer-1 jest zbudowany na zamówienie system monitorowania silnika (EMS), w którym wszystko zostało opracowane przez zespół, w tym projekty PCB, specjalnie zaprojektowane oprogramowanie i interfejs użytkownika. EMS składa się z bezprzewodowych nadajników / odbiorników, 2 mikrokontrolerów, czujników temperatury, czujników różnicy ciśnień, czujników prędkości obrotowej LED, czujnika drgań i czujnika prędkości. Bezdechowy silnik działa, gdy przez niego przepuszczane jest sprężone powietrze, w którym to momencie uczniowie mogą wykonywać pomiary za pomocą licznych czujników. Następnie mogą zobaczyć osiągi silnika zarówno elektronicznie, jak i tuż przed nimi, co prowadzi do większej liczby części i iteracji i pomaga uczniom w nauce pełnego procesu inżynierii tego rodzaju maszyny. Studenci będą kontynuować ulepszanie silnika zarówno pod względem wydajności, jak i możliwości dostarczania danych; Rolls Royce oferuje doradztwo w zakresie praktyk branżowych, aby spróbować iteracji silnika jak najbliżej rzeczywistego procesu.

Triantafyllou chciałby, aby projekt rozszerzył się, być może na przyszłą konkurencję, w której uczelnie rywalizują zbuduj najbardziej wydajny silnik.