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以色列航太公司利用solidThinking Inspire結合3D列印技術,成功設計打造太空推進器元件 [2019-04-30]

項目介紹
 
 
IAI(以色列航空工業公司)是全球公認的國防和商業市場中供給系統最先進的領導者。IAI為航空、航太、陸地、海洋、網路和HLS(大型後勤支援)的一系列廣泛的客戶需求提供獨一無二的解決方案,在過去的60年裡,IAI為以色列國防部和世界範圍內許多客戶,交付、供應和支援先進的系統。
 
IAI  研發和生產各種尖端的衛星和衛星設備,包括觀測和通信衛星,科研衛星系統,地面控制站,任務中心和發射器。伴隨著OPTSAT-3000的最新成員(電光成像)衛星產品線、TECSAR(合成孔徑雷達觀測)衛星產品線和AMOS通信衛星產品線的面世,這些年來, IAI使用先進的技術、經驗和專業的開發知識,給用戶提供成本有效且全面的國家安全和商業應用解決方案。
 
SpacelL是一個成立於2011年的非營利性組織,旨在使以色列的第一艘航天器著陸在月球上。該組織由三名年輕的工程師創立:Yariv Bash, Kfir Damari 和Yonatan Winetraub,他們三人回應了Google月球X大獎挑戰賽(以證明一般民間團隊即使沒有國家級的經費,也能前往月球的Google月球X大獎挑戰賽):在月球上建造、發射和著陸無人飛船。SpacelL是唯一的以色列代表隊。SpacelL致力於激勵以色列和全世界的新一代青年選擇研究科學、技術、工程和數學。
 
2015年10月,SpacelL通過成為第一個宣佈簽署發射合同的團隊而達到一個卓越的專案里程碑,這也象徵著一張真正的“通往月球的門票”。飛行器將會在美國SpaceX火箭上實施發射。2017年1月,SpacelL成為五名最終決賽選手的其中之一。

 
   
挑戰
  
 
當設計航天器的推進器元件時,團隊確定可以通過將拓撲優化和增材製造結合來實現多重效益。確切的講,該專案的目標是為SpaceIL計畫所需的推進器配置設計3D列印支架,由於此計畫之前沒有加工支架,因此需要根據計畫的品質預算和飛行器的靜態和動態要求來確定目標,在設計層面,使用solidThinking Inspire完成所有的拓撲優化和設計過程,最後的認證需要在應力分析部門的幫助下完成。
 
   
解決方案
  
 

       定義設計空間和非設計空間
 

      Inspire 拓撲優化過程
 

Inspire優化後通過 Evolve PolyNURBS 重構模型
 

 Inspire內部分析

設計過程的第一階段是定義支撐結構的設計空間和非設計空間。設計空間包括該團隊允許材料存在的所有體積,而非設計空間定義了材料需要避開的區域(推進器,管道,線束,裝配硬體,裝配工具)。此外,非設計空間還包括推進器和航天器連接的支架介面。
 
接著,把設計空間和非設計空間輸入到solidThinking Inspire 中,約束條件在現有空間的基礎上被定義為代表接觸面的非設計空間。在非設計空間(或實體)的推進器接觸面上,建立剛性連接器,並且連接推進器重心位置的1D品質單元。 在X,Y和Z方向上定義了三種載荷情況下的g加速度。 模型設定之後,根據重量最小化來初始化拓撲優化過程並且保持剛度在250Hz以上。
 
隨後使用solidThinking Evolve在NURBS介面來重構優化後的幾何體。模型重構過程也考慮到了增材製造約束,如建立角度,支撐結構最小化等。其結果是一個具有連續圓形表面的適合增材製造的幾何結構。
 
最後,把使用Evolve構造的模型重新導入到Inspire中。當在原始的優化運行中,相同的載荷工況和約束條件同樣適用於該模型,然後對該模型進行分析,除了驗證最大應力值外,還驗證了固有頻率。

 
 
   
3D列印
  

 
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構建平臺放置模型
 

移除所有支撐後的最終3D列印模型
 
在完成最終設計之後,團隊接下來要完成的是實現模型的3D列印,MaterializeMagics 被用來在構建平臺上放置模型,並添加支撐以確保良好的列印品質。當模型被列印出來之後,移除支架,並進行額外的加工以保證所需的介面表面。
 
航天器發射之前,這部分正在進行尺寸驗證,尺寸驗證的過程實際上也是機械測試過程,如正弦波測試和隨機振動測試。航天器將於2018年發射到月球。

 
關於“Google月球X大獎”挑戰賽
“Google月球X大獎”挑戰賽是由搜索巨頭Google在2007年發起的獎金達3000萬美元的無人登月競賽,旨在推動月球商業項目發展。參賽方必須是私人資助的團隊,要求成功在月球著陸一個無人探測器,能在月面移動500米以上,並且成功傳輸資料和圖片回地球。
 
更多關於SpaceIL
 目前,SpaceIL航天器的主要電子元件在以色列航空工業(IAI)公司進行組裝,航天器將在那裡進行嚴格的測試,以承受太空的環境條件。 2017年初,航天器結構及其推進系統將開始整合。一旦SpacelL的探月器搭載SpaceX 的Falcon 9火箭成功發射,以色列會繼美國、中國、俄羅斯之後,成為世界上第四個無人登月的國家。