Startup bei Y Combinator: das Überschallflugzeug der Zukunft

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Der XB-1-Überschalldemonstrator verließ den Hangar am 7. Oktober 2020 zum ersten Mal.



Blake Scholl, Gründer und CEO von Boom Supersonic, wird ein "SpaceX-Analogon für die Luftfahrtindustrie" entwickeln und im Laufe der Zeit die durchschnittliche interkontinentale Reisezeit halbieren. Wenn der Unternehmer Erfolg hat, beträgt die Flugzeit von Tokio nach Seattle nur 4,5 Stunden, und die Kosten sind vergleichbar mit denen der modernen Business Class.



Der erste unabhängig entwickelte Überschalljet, der für hohe Geschwindigkeiten ausgelegt ist. Von der Nase des Flugzeugs bis zum Delta-Flügel und dem Carbon-Verbundrahmen wurde alles für Überschallkreuzfahrten optimiert und ausgelegt.



Nach der Präsentation der XB-1 am 7. Oktober 2020 führte der Gründer und CEO von Boom, Blake Scholl, eine Orientierungstour durch das Flugzeug durch, um die wichtigsten Komponenten des XB-1-Designs hervorzuheben.





Rumpf



Eines der offensichtlichsten Überschallmerkmale des XB-1 ist sein Körper. "Der 22-Meter-Rumpf der XB-1 ist für Geschwindigkeiten ausgelegt, die den Luftwiderstand beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit verringern", sagte Scholl.



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Der lange, dünne Rohrrumpf weist einen hohen Feinheitskoeffizienten (das Verhältnis zwischen Länge und Breite des Flugzeugs) für maximale Effizienz auf. Die Boom-Ingenieure entwarfen den Rumpf mit physischen und digitalen Werkzeugen wie skalierten Windmodellen und Computeranalysen, um sicherzustellen, dass die perfekte Form schnell wiederhergestellt wurde.



Gehäuse



Bei Überschallgeschwindigkeit an der Außenfläche des Flugzeugs kann die Temperatur 125 ° C erreichen. Der XB-1 Carbon-Verbundrahmen hält dieser Hitze stand und behält seine Form unter extremsten Flugbedingungen.



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„Der Carbon-Verbundrahmen behält seine Steifigkeit und Festigkeit auch bei hohen Temperaturen und schnellem Flugdruck bei“, erklärte Scholl. Durch den Bau des Flugzeugs hauptsächlich aus Kohlefaser hat der Boom eine Reihe bedeutender Vorteile gegenüber herkömmlichen Metallen wie Aluminium erzielt, die sich während des Überschallfluges um mehr als 25 cm ausdehnen können.



Deltamuskel Design



Das dreieckige Flügeldesign der XB-1 unterscheidet sich deutlich von dem heute bekannten Unterschallflugzeug. Scholl erklärte: "Der Delta-Flügel XB-1 gleicht die Leistung bei niedriger Geschwindigkeit beim Start und bei der Landung mit hoher Geschwindigkeit aus."



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So einzigartig es auch ist, das einzigartige Flügeldesign des XB-1 wurde auf Sicherheit bei einer maximalen Last von 27.000 kgf getestet.



Power Point



Im hinteren Rumpf des XB-1 befinden sich drei J85-15-Motoren mit einem maximalen Schub von 5600 kgf. „Diese drei von General Electric entwickelten J85-Motoren ermöglichen Überschallgeschwindigkeiten“, fügte Scholl hinzu.



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Cockpit



Das einsitzige XB-1-Cockpit, das sich in Sichtweite des Piloten befindet, bietet Sichtbarkeit beim Start und bei der Landung. Das in der A-Säule montierte Vorwärtssichtsystem bietet während der Landung eine zweite Ansicht der Landebahn.



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Die Einbeziehung von Boom-Testpiloten zu Beginn der Entwurfsphase stellte sicher, dass die Cockpit- und Instrumentenkonfigurationen auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten waren. Das ergonomische Cockpit wurde mit Hilfe unserer Testpiloten entwickelt, sagte Scholl, mit Hunderten von Stunden Analyse menschlicher Faktoren und Usability-Tests.



Nasenteil



Die Nase, in der Hochgeschwindigkeitsluft zuerst auf das Flugzeug trifft, ist präzise geformt, um zu steuern, wie der Rest des Fahrzeugs mit dem Luftstrom interagiert. Es minimiert den Luftwiderstand, verbessert die Leistung bei niedrigen Geschwindigkeiten und sorgt dafür, dass alle dahinter stehenden Komponenten erfolgreich funktionieren.



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„Die Nase erzeugt einen präzisen Wirbelfluss für Stabilität über einen weiten Bereich von Fluggeschwindigkeiten“, schloss Scholl.



In die Zukunft schauen



Jede der XB-1-Komponenten wurde für einen sicheren und effizienten Überschallflug entwickelt. Noch wichtiger ist, dass all die Erfahrungen, die bei der Entwicklung dieses Flugzeugs gesammelt wurden, das Design und die Entwicklung des Überschall-Passagierflugzeugs Boom Overture direkt beeinflussten. Der XB-1 ebnet weiterhin den Weg für eine neue Ära massiver Überschallreisen.





Sobald der Demonstrator eine Reihe von Tests und Versuchen erfolgreich bestanden hat, beginnt das Engineering-Team mit der Montage der Ouvertüre in voller Größe, wobei alle Blaupausen fertig sind. Overture ist ein Flugzeug der nächsten Generation für 100 Passagiere mit Business Class-Komfort. Laut Scholl wird die Entwicklung von Ouvertüre 6 Milliarden US-Dollar kosten - etwa 5,3-mal billiger als der Boeing 787 Dreamliner.






Vom Kanu zum zusammengebauten Flugzeug: Die XB-1 nähert sich dem Rollweg

(Original Vom Kanu zum zusammengebauten Flugzeug: XB-1 nähert sich dem Rollweg ) Im



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vergangenen Monat gab das Unternehmen einen virtuellen Toast auf die erfolgreiche Installation der XB-1-Flügelstruktur. Das Anbringen dieses ogivalen Deltaflügels an einem Teil des Rumpfes verwandelte das Flugzeug effektiv von einem einfachen Kanu in einen fast zusammengebauten Jet. Im Flug bietet der Flügel dem Flugzeug Steuerbarkeit und Stabilität sowohl bei Unterschall- als auch bei Überschallgeschwindigkeit.



Der Teamleiter und Prozessingenieur Ruslan Pshichenko übernahm die Führung in dem, was als Hauptproblem angesehen werden kann: die 330 kg schwere Flügelstruktur sorgfältig in die ideale Position zu bringen.



"Die Vorbereitung für diese Veranstaltung war auf Genauigkeit ausgerichtet", sagte Pshichenko. "Da dies ein sehr sorgfältiger und anspruchsvoller Prozess ist, haben wir zuerst den Flügel montiert, um sicherzustellen, dass alles wie erwartet ausgerichtet ist."



Die Anpassung, die auch als Generalprobe für die endgültige Installation diente, beinhaltete die aktive Unterstützung von 16 Teammitgliedern. Einzelpersonen wurden bestimmten Bereichen des Flugzeugs zugewiesen, um den Flügel in Position zu bringen und alles zu kontrollieren, bis hin zu den einzelnen Holmen und Klammern.



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Die Besatzungsmitglieder rund um das Flugzeug setzten die Flügelstruktur im Rahmen der Erstausbildung sorgfältig ein.



"Im Allgemeinen endete die Installation mit genau dem, was wir brauchten", sagte Pshichenko. "Wir konnten eine Montagevorrichtung für den Rahmen bauen, um die Reproduzierbarkeit zu erleichtern."

Die einfache Wiederholbarkeit führte zu einer schnellen und problemlosen endgültigen Installation.



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Mit einem Gabelstapler wird die Flügelstruktur vorsichtig angehoben und in Position gebracht, und die Teammitglieder am Boden sorgen für einen reibungslosen, sicheren und reibungslosen Ablauf.



"Für den offiziellen Einsatz haben wir die Teammitglieder auf den Boden und auf eine Montageplattform gestellt, um den Flügel zu platzieren", sagte Pshichenko. „Wir haben einen Gabelstapler verwendet, um den Prozess zu unterstützen, und haben seit der Montage das gleiche Verfahren angewendet.“ Sobald alles in Ordnung war, installierte das Team das endgültige Drahtmodell.



Das Hinzufügen des Flügels veränderte nicht nur das Flugzeug optisch, sondern ermöglichte es dem Team auch, mit der nächsten Montagestufe fortzufahren. "Jetzt, da dieser Meilenstein vorbei ist, sind mehrere Teams bereit, ihre eigenen Ziele zu erreichen", sagte Pshichenko. „Designer, Avionik, Systeme und Fertigungsgruppen haben sich zusammengeschlossen und können jetzt weitere Fortschritte erzielen. Nach Fertigstellung installierte das Produktionsteam Kraftstoffleitungen für die vier Flügelholme. "



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Der erfolgreiche Abschluss dieser Phase eröffnete den Zugang zu Schlüsselsystemen und ermöglichte es dem Team, weiter aufzubauen.



Während COVID-19 unbestreitbare Herausforderungen für den Alltag darstellt, hat das Team eine beeindruckende Fähigkeit bewiesen, Widrigkeiten zu überwinden, mit begrenzten Ressourcen auszugleichen und kreative Lösungen zu entwickeln.



"Wir halten im Hangar ein hervorragendes Tempo aufrecht, und ich bin unglaublich stolz auf das Team, das dies ermöglicht hat", schloss Pshichenko. "Und mitten in einer Pandemie nicht weniger."






Wir drucken die Ebene der Zukunft auf einem 3D-Drucker

( 3D-Druck für die Zukunft des Fluges )



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Boom hat über 300 3D-Druckteile auf seinem XB-1-Überschalldemonstrator installiert.



Leistungsstarke Motoren. Starke Metalle. Robustes Chassis.



Wenn wir an Flugzeugteile denken, stellen wir uns Materialien und Komponenten vor, die praktisch unzerstörbar sind. 3D-gedruckte Teile fallen mir nicht ein. Fortschritte bei Materialien und 3D-Druckern beschleunigen jedoch den Veränderungsprozess, der den 3D-Druck ideal für Prototypen, Werkzeuge und Fluggeräte macht, ganz zu schweigen von Ersatzteilen, Innenräumen und sogar Sanitärarmaturen.



Der 3D-Druck verändert die Art und Weise, wie wir Flugzeuge entwerfen und herstellen.



Für das Team hinter dem XB-1, dem Überschall-Demonstrator des Boom, hat sich der 3D-Druck in jeder Phase der Montage als von unschätzbarem Wert erwiesen. Mehr als 300 Einzelteile wurden in das Flugzeug eingebaut. Der 3D-Druck hat dem XB-1 jedoch mehr gebracht als nur die Herstellung von Teilen.



Drei 3D-Drucker, drei Bedürfnisse



Zu Beginn der Montage des XB-1 arbeitete das Boom-Team mit Stratasys zusammen, um die Möglichkeiten des 3D-Drucks, auch als additive Fertigung bekannt, zu erkunden. Das Programm konzentrierte sich auf den 3D-Druck, um drei verschiedene Anforderungen zu erfüllen: funktionales Prototyping, Werkzeugunterstützung und On-Demand-Produktion von Flugausrüstung. Drei Drucker erfüllten die Build-Anforderungen: Stratasys F900, 450mc und F370.



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Stratasys F900, 450mc und F370



Als Arbeitstier steht der Stratasys F900 im Boom-Hangar im Mittelpunkt. Der F900 druckt auf verschiedenen Materialien, einschließlich ULTEM 9085 und ULTEM 9085 CG. Beide sind flammhemmende Hochleistungsthermoplaste auf Harzbasis mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und hoher Zähigkeit. Das Team druckte mit 9085 Bohrblöcke und 9085 CG für die Hunderte von Teilen, die bereits auf dem XB-1 installiert waren. 9085 CG wird mit Konformitätszertifikaten geliefert und verfügt über eine bessere Rückverfolgbarkeit und Prozesskontrolle als Standardmaterial, was es ideal für Flugzeugteile macht.



Der Stratasys Fortus 450mc kann auch auf einer Vielzahl von Materialien drucken. Das Team entwickelte es zum Drucken von Bohrblöcken aus FDM Nylon 12 CF, einem unglaublich haltbaren Material. FDM Nylon 12 CF ist mit Kohlefaser imprägniert und eignet sich daher ideal zum Drucken von starren Bohrblöcken. Während der Montage des XB-1-Titan-Heckrumpfs verwendete das Team Hunderte von Bohrblöcken und druckte sie über Nacht. Dies beschleunigte nicht nur den Build, sondern reduzierte auch die Ausfallzeiten des Teams.



Der Stratasys F370 druckt normalerweise von ASA, einem wirtschaftlichen und weniger haltbaren Material, das sich ideal für das schnelle Prototyping und Testen von Montagekomponenten eignet. Das Team druckte Prototypen mit dem F370, um das Risiko unerwarteter Kollisionen (Kollision von Teilen oder nicht übereinstimmenden Bereichen, in denen sich Teile verbinden oder berühren) sowie die Installation auf vorhandenen Fluggeräten zu verringern. Das Testen mit 3D-gedruckten Teilen ermöglichte Verbesserungen im Design. Als das Team die Teile schließlich produzierte, passte jedes wie angegossen.



Stratasys F900, XB-1. , . ECS (Environmental Control System).





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Während der ersten Bauphase des XB-1 bestand eine der Hauptprioritäten darin, Komponenten für Flugsteuerungssysteme, einschließlich Mechanismen und mechanischer Komponenten, zu prototypisieren. Das Ziel jedes Prototyps war es sicherzustellen, dass das Teil passt und auch mit anderen Teilen funktioniert. Mit Prototypen konnte das Team nach Fehlern suchen (nicht übereinstimmende Teile müssen zusammengefügt werden), bevor wertvolle Ressourcen in die Herstellung des Teils investiert wurden.



Nachdem mehrere Iterationen über mehrere Stunden gedruckt und Projekte abgeschlossen wurden, hält sich das Team an den Zeitplan. Sie haben auch die Verzögerungen vermieden, die auftreten, wenn ein Teil vom Hersteller stammt und nicht passt. Durch die interne Beibehaltung dieser Funktionen konnte das Team Ausfallzeiten auf ein Minimum reduzieren.



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Der Stratasys F900 ist das Arbeitstier der gesamten Produktion und kann viele Teile auf seinem massiven Druckbett von 914 x 610 x 914 mm drucken.



Alle Drucker waren am Prototyping beteiligt, vom Kraftstoffverteiler bis zu den Motorlagern. Das Team druckte beispielsweise die vorderen Motorlager in 3D, um die Kompatibilität mit linken und rechten Motoren zu testen. Nach mehreren Iterationen haben sie das Design während der Konformitätsprüfung erfolgreich validiert.



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Mehrere 3D-gedruckte Iterationen dieser Motorhalterung haben einen erfolgreichen Anpassungstest bestätigt.



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Das Team druckte diesen Prototyp des Motorhaubenverriegelungsmechanismus in 3D, um die Kinematik den Erwartungen anzupassen.



Tools: Verbesserung der Genauigkeit und Reduzierung potenzieller Schäden



Während der Montage des XB-1 nutzte das Team die Fähigkeiten des F900 und 450mc, um mehr als 550 Bohrblöcke zu drucken. Die Blöcke unterstützten die sorgfältige Montage des Titanrumpfs zusammen mit anderen gedruckten Schablonen, einschließlich der Cockpitschottwand.



Das Team bohrte mithilfe von Messtechnik Löcher in die Blöcke, was zu einer höheren Genauigkeit führte. Und mit mehr Präzision reduzierte das Team den potenziellen Schaden am Flugzeug.



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Mithilfe von 3D-gedruckten Bohrblöcken konnte das Team die Montage planmäßig abschließen und gleichzeitig mögliche Schäden am hinteren Rumpf aus Titan minimieren.



Ohne 3D-Druck würde die Produktionszeit für die Bohrblöcke mehrere Wochen betragen, ganz zu schweigen von den Zehntausenden von Dollar, die für die Herstellung aus Aluminium erforderlich wären. Dank des internen 3D-Drucks konnten dieselben Blöcke in wenigen Tagen zu geringeren Kosten gedruckt werden.



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Diese Abbildung zeigt viele Stellen, an denen das Team 3D-gedruckte Bohrblöcke verwendet hat, um Löcher genau zu bohren.



Metallische Materialien: 3D-gedruckte Titanteile, die Hitze standhalten



Dank bedeutender Fortschritte in der Branche ist 3D-Druck jetzt aus praktisch jedem Material möglich. Für den 3D-Druck können Silber, Photopolymere, Stereolithographiematerialien (Epoxide) und sogar Titan verwendet werden.



Boom hat sich mit VELO3D zusammengetan, um Metallteile herzustellen, die sonst Wochen, wenn nicht Monate gedauert hätten. Insgesamt druckte das Unternehmen 21 XB-1-Teile in 3D, darunter einige der modernsten Titanteile des XB-1: Verteiler für variable Entlüftungsventile (VBVs), die überschüssige Luft aus dem Motorkompressor entfernen.



Bei VBV-Verteilern wären herkömmliche Produktionsmethoden wie Bearbeiten, Schweißen oder Gießen unpraktisch. Die gewünschte Geometrie des Teils konnten sie nur durch 3D-Druck erreichen.



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Infolge der Partnerschaft von Boom mit VELO3D wurden 21 3D-gedruckte Metallteile auf dem XB-1 installiert.



Leichte 3D-gedruckte Teile: ein Game Changer für Luft- und Raumfahrtingenieure



Der 3D-Druck sparte nicht nur Zeit und Ressourcen bei der Montage, sondern reduzierte auch das Gewicht des Flugzeugs und veränderte die Regeln für alle Luft- und Raumfahrtingenieure dramatisch. Da das Gewicht eines Flugzeugs in direktem Zusammenhang mit dem Treibstoffverbrauch steht, besteht das Ziel der Luft- und Raumfahrttechnik darin, ein Leichtflugzeug zu schaffen, das alle Sicherheitsanforderungen erfüllt. Ein leichteres Flugzeug verbraucht weniger Treibstoff, daher ist jede Gewichtsreduzierung von größter Bedeutung.



3D-gedruckte Teile können je nach Materialauswahl erheblich leichter sein als herkömmliche Stahl- und Aluminiumteile. Beim XB-1 mit über 340 einzigartigen 3D-Druckteilen war das Gesamtgewicht von entscheidender Bedeutung.



Nachdem die Produktionsgruppe den XB-1 an das Boden- und Flugtestteam übergeben hat, konzentrieren sie sich auf das Design und den Bau des zukünftigen Überschallflugzeugs Boom.



Und für Overture scheinen die 3D-Druckmöglichkeiten endlos zu sein, mit der Möglichkeit, das Innere des Cockpits, des Flugbedienfelds und der Kombüse in 3D zu drucken - zusätzlich zu Prototyping, Auftanken und Flugausrüstung.



Fortschritte im 3D-Druck, die diese Fähigkeiten fördern, eröffnen neue Möglichkeiten für niedrigere Herstellungskosten, schnellere Produktionszeiten und geringere Emissionen durch leichtere Flugzeuge.






Auf einem 3D-Drucker gedruckte Teile

( Booms 3D-gedruckte Flugzeugteile enthüllen die Zukunft der Fertigung ) Die



3D-Drucktechnologie erobert die Fertigungswelt im Sturm. Vom Design von Konsumgütern bis zur medizinischen Modellierung erkennen immer mehr Unternehmen den Wert des 3D-Drucks für Rapid Prototyping und Fertigung.



Vielleicht hat keine Branche einen so großen Einfluss gesehen wie die Luft- und Raumfahrtindustrie. Boeing soll durch den 3D-Druck von Titanteilen auf dem 787 Dreamliner bis zu 3 Millionen US-Dollar pro Flugzeug einsparen. Honeywell hat durch additive Fertigung über sieben Monate an Neugestaltung gespart. Airbus hat es geschafft, Abstandshalter für die Überkopflagerung zu schaffen, die 15 Prozent leichter sind als bisher möglich.



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Boom begann vor mehr als zwei Jahren im Rahmen einer Partnerschaft mit dem weltweit führenden Unternehmen Stratasys mit dem 3D-Druck. Seitdem hat das Unternehmen Hunderte von 3D-gedruckten Teilen, Werkzeugen und Prototypen hergestellt und Tausende von Arbeitsstunden gespart. Stratasys und Boom haben kürzlich eine Verlängerung um sieben Jahre bis 2026 angekündigt und werden weiterhin kreative Lösungen für komplexe Probleme liefern.



Die Vorteile für Boom und viele ähnliche Unternehmen sind enorm. Zu den drei wichtigsten Vorteilen gehören Zeit-, Geld- und Gewichtseinsparungen. Viele Flugzeugteile sind von Natur aus komplexe Geometrien, teilweise aufgrund von Platz- und Gewichtsmangel. Vor dem 3D-Druck wurden komplexe Teile aus einem einzigen Materialblock gefräst, was häufig äußerst kostspielig, mühsam und zeitaufwändig wurde.



Wie effektiv ist 3D-Druck für Boom? Wir teilen fünf einzigartige gedruckte Komponenten, die die Zukunft des Flugzeugbaus beleuchten:



Bremsdruckregler



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Der Bremsdruckregler dient zur Montage der Strebendruckregelkomponenten im Hydraulikraum der A-Säule. Wenn dieses Teil wie traditionell aus Aluminium gefertigt wäre, würde es über 6 Wochen und 2.000 US-Dollar dauern. Der Druck dieses Flugprototyps dauerte nur 9,5 Stunden und kostete 70 US-Dollar für Material.



Halterung für Telemetrieverbindung



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Dieser Teil diente als Gerätehalterung beim Testen der Telemetrieverbindung. Im Rahmen der Tests installierte ein Team von Ingenieuren Geräte am 4.300 m hohen Pikes Peak in Colorado und bestätigte, dass eine zuverlässige Telemetrieverbindung zwischen dem Flugzeug und der Bodenstation bis zu 200 Meilen aufrechterhalten werden kann.



Prüfstand für Flugsteuerungssysteme



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Diese Flugsteuerungsprüfvorrichtung wurde zur Validierung der Durchbiegungsmechanik von Heckantrieben verwendet und ermöglichte schnelle und gründliche Sicherheitstests zu sehr geringen Kosten. Obwohl dieses gedruckte Teil nicht als Flugausrüstung verwendet wird, konnten die Ingenieure sicherstellen, dass die Aktuatoren der Flugausrüstung ordnungsgemäß funktionieren.



Entlüftungsluftkanal des Kompressors



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Ein weiteres großartiges Beispiel für Rapid Prototyping: Dieser Entlüftungskanal des Kompressors wurde während der Triebwerkstests verwendet, um Luft aus dem internen Kreislauf des Triebwerks umzuleiten, und als Teststück, um den endgültigen Sitz während des Flugs sicherzustellen. Ohne 3D-Druck wären solche Teile höchstwahrscheinlich ohne Funktionalität, ein Prozess, bei dem viele verschiedene Teile verwendet werden müssen, um die effizienteste Form zu erhalten.



Ein traditionelles Aluminiumteil wäre wesentlich komplexer in der Konstruktion und würde ungefähr 4 Wochen und 4000 US-Dollar kosten. Für Boom dauerte dieser Teil nur 14 Stunden und 150 US-Dollar.



Flugausrüstungspalette



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Dieser 94-Stunden-Druckauftrag von über 70 Teilen wurde auf einer Stratasys F900-Flugausrüstungspalette für verschiedene Flugzeugsysteme ausgeführt. Mit den Vorteilen von Elektrik, Tragflächen, Flugsteuerung, Hydraulik und Rumpf sparte dieser einzelne Auftrag Tausende von Dollar und Wochen Vorlaufzeit gegenüber herkömmlichen Herstellungsmethoden.



Wir danken Dmitry Kudryavtsev und Varya Sheremet für ihre Hilfe bei der Übersetzung.



Am 9. November 2020 hat eine kostenlose Startup-Schule für zukünftige Gründer von Y Combinator mit dem weltbesten Beschleuniger begonnen. Wir werden nützliche Übersetzungen für diejenigen veröffentlichen, die vorhaben, Gründer eines internationalen Startups zu werden.



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