🐫 🍇 🖕 Y Combinatorでのスタートアップ：未来の超音速航空機 👩🏻‍🎓 🤬 👉🏾

XB-1超音速デモンストレーターは、2020年10月7日に最初にハンガーを離れました。

BoomSupersonicの創設者兼CEOであるBlakeSchollは、「航空業界向けのSpaceXアナログ」を作成し、時間の経過とともに、大陸間の平均移動時間を半分に短縮する予定です。起業家が成功すれば、東京からシアトルまでの飛行時間はわずか4.5時間で、コストは現代のビジネスクラスに匹敵します。

高速用に設計された初めての独自開発の超音速ジェット。航空機の機首からデルタウィングとカーボンコンポジットフレームまで、すべてが超音速クルージング用に最適化および設計されています。

2020年10月7日のXB-1の発表に続いて、ブームの創設者兼CEOのブレイクショルは、XB-1の設計の主要コンポーネントを強調するために航空機のオリエンテーションツアーを実施しました。

機体

XB-1の最も顕著な超音速機能の1つは、その船体です。「XB-1の22メートルの胴体は、超音速で飛行するときの抵抗を減らす速度のために設計されています」とScholl氏は述べています。

長くて細いチューブの胴体は、最高の効率を実現するために高い細かさ係数（航空機の長さと幅の比率）を備えています。ブームエンジニアは、スケーリングされた風モデルや計算分析などの物理ツールとデジタルツールの両方を使用して胴体を設計し、完璧な形状がすばやく再現されるようにしました。

ハウジング

航空機の外面の超音速では、温度は125°Cに達する可能性があります。XB-1カーボンコンポジットフレームはこの熱に耐え、最も過酷な飛行条件下でもその形状を維持します。

「カーボンコンポジットフレームは、高温や高速飛行圧力でもその剛性と強度を維持します」とScholl氏は説明しました。ブームは、主に炭素繊維で航空機を製造することにより、超音速飛行中に25cm以上膨張する可能性のあるアルミニウムなどの従来の金属に比べて多くの重要な利点を獲得しています。

デルトイドの翼のデザイン

XB-1の三角形の翼のデザインは、今日私たちが知っている亜音速航空機とは著しく異なります。Scholl氏は次のように説明しています。「XB-1デルタウィングは、高速での離陸時と着陸時の低速性能のバランスを取ります。」

XB-1のユニークな翼設計は、効率的であると同時に、最大荷重27,000kgfで安全性がテストされています。

パワーポイント

XB-1の後部胴体には、5600kgfの最大推力を提供する3つのJ85-15エンジンがあります。「GeneralElectricによって開発されたこれらの3つのJ85エンジンは、超音速を可能にします」とScholl氏は付け加えました。

コックピット

パイロットの視線に配置されたXB-1シングルシートコックピットは、離陸時と着陸時の視認性を提供します。Aピラーに取り付けられたフォワードビジョンシステムは、着陸時に滑走路の2番目のビューを追加します。

設計段階の早い段階でブームテストパイロットが関与することで、コックピットと機器の構成がニーズに合わせて調整されました。人間工学に基づいたコックピットは、テストパイロットからの意見を取り入れて開発され、数百時間の人的要因の分析と使いやすさのテストが行われたとScholl氏は述べています。

鼻の部分

高速空気が最初に航空機に出会うノーズは、車両の残りの部分が気流とどのように相互作用するかを制御するために正確に形作られています。抗力を最小限に抑え、低速パフォーマンスを向上させ、背後にあるすべてのコンポーネントを正常に動作させ続けます。

「ノーズは、広範囲の飛行速度にわたって安定するために正確な渦流を作り出します」とSchollは結論付けました。

未来を見据えて

XB-1の各コンポーネントは、安全で効率的な超音速飛行のために設計されています。さらに重要なことに、この航空機の作成中に得られたすべての経験は、ブームオーバーチュア超音速旅客機の設計と開発に直接影響を与えました。XB-1は、大規模な超音速旅行の新時代への道を開き続けています。

デモンストレーターが一連のテストとトライアルに合格すると、エンジニアリングチームは、すべての青写真を用意したフルサイズの序曲の組み立てを開始します。Overtureは、ビジネスクラスの快適レベルを備えた100人の乗客向けに設計された次世代航空機です。Scholl氏によると、Overtureの開発コストは60億ドルで、Boeing 787Dreamlinerの約5.3分の1です。

カヌーから組み立てられた航空機まで：XB-1がタクシーウェイに近づく

（オリジナル「カヌー」から組み立てられた航空機まで：XB-1がタクシーウェイに接近します）

先月、同社はXB-1ウィング構造の設置に成功するために仮想乾杯を共有しました。このオジバルデルタウィングを胴体の一部に取り付けると、航空機は単純なカヌーからほぼ組み立てられたジェットに効果的に変化しました。飛行中、翼は亜音速と超音速の両方の速度で航空機に制御性と安定性を提供します。

チームリーダー兼プロセスエンジニアのRuslanPshichenkoが、330kgの翼構造を理想的な位置に慎重に配置するという主要な難問と見なすことができるものを主導しました。

「このイベントの準備は正確さを目的としていました」とPshichenkoは言いました。「これは非常に骨の折れる、要求の厳しいプロセスであるため、最初に翼を試して、すべてが期待どおりに調整されていることを確認しました。」

最終的なインスタレーションのドレスリハーサルを兼ねたフィッティングには、16人のチームメンバーの積極的なサポートが含まれていました。個人は航空機の特定の領域に割り当てられ、翼を所定の位置に設定し、個々のスパーとクランプに至るまですべてを制御しました。

航空機の周りの乗組員は、初期トレーニングの一環として、翼の構造を慎重に設定しました。

「一般的に、インストールは必要なもので終了しました」とPshichenko氏は述べています。「再現性を高めるために、フレームの組み立てジグを作成することができました。」

簡単な再現性により、迅速で手間のかからない最終インストールが可能になりました。

フォークリフトを使用して、翼構造を慎重に持ち上げて所定の位置にセットし、地上のチームメンバーがスムーズで安全かつスムーズなプロセスを保証します。

「公式の運用では、チームメンバーを地面と取り付けプラットフォームに配置して翼を配置しました」とPshichenko氏は述べています。「私たちはフォークリフトを使用してプロセスを支援し、組み立て以来同じ手順に従いました。」すべてが整ったら、チームは最終的なワイヤーフレームの取り付けに進みました。

翼の追加により、航空機は視覚的に変化しただけでなく、チームは組み立ての次の段階に進むことができました。「このマイルストーンが終わったので、いくつかのチームは彼ら自身の目標を達成する準備ができています」とプシチェンコは言いました。「設計者、航空電子工学、システム、製造グループが一堂に会し、さらに進歩することができます。完了すると、生産チームは4つのウィングスパーの燃料ラインを設置しました。」

このフェーズが正常に完了すると、主要なシステムへのアクセスが可能になり、チームは構築を継続できるようになりました。

COVID-19は否定できない日々の課題を提起しますが、チームは逆境を克服し、限られたリソースとのバランスを取り、創造的なソリューションを開発する優れた能力を証明しました。

「私たちはハンガーで素晴らしいペースを維持しており、これを実現させたチームを非常に誇りに思っています」とプシチェンコは締めくくりました。「そして、パンデミックの真っ只中で、それ以下ではありません。」

未来の平面を3Dプリンターで印刷します

（飛行の未来の3D印刷）

ブームは、XB-1超音速デモンストレーターに300を超える3D印刷部品を取り付けました。

強力なモーター。強い金属。頑丈なシャーシ。

飛行機の部品について考えるとき、私たちは事実上破壊できない材料や部品を想像します。 3Dプリントパーツは思い浮かびません。しかし、材料と3Dプリンターの進歩により、3D印刷は、スペアパーツ、インテリア、さらには配管設備はもちろんのこと、プロトタイピング、ツール、飛行装置に理想的な変化のプロセスが加速しています。

3D印刷は、航空機の設計と製造の方法を変えています。

ブームの超音速デモンストレーターであるXB-1の背後にいるチームにとって、3D印刷は組み立てのすべての段階で非常に貴重であることが証明されています。300以上のユニークな部品が航空機に取り付けられました。しかし、3D印刷は、単に部品を製造するだけでなく、XB-1に多くのことをもたらしました。

3つの3Dプリンター、3つのニーズ

XB-1の組み立ての早い段階で、ブームチームはStratasysと提携して、添加剤製造としても知られる3D印刷の可能性を探りました。このプログラムは、機能的なプロトタイピング、ツールのサポート、および飛行装置のオンデマンド生産という3つの異なるニーズを満たすために3D印刷に焦点を合わせました。Stratasys F900、450mc、F370の3台のプリンターがビルドのニーズを満たしました。

Stratasys F900、450mcおよびF370

主力製品であるStratasysF900は、ブームハンガーの中心的な舞台となっています。 F900は、ULTEM9085およびULTEM9085CGを含むいくつかの材料に印刷します。どちらも難燃性の高性能樹脂ベースの熱可塑性樹脂で、強度と重量の比率が高く、耐熱性と靭性に優れています。チームは9085を使用してドリルブロックを印刷し、9085CGを使用してXB-1にすでに取り付けられている数百の部品を印刷しました。 9085 CGには適合証明書が付属しており、標準素材よりもトレーサビリティとプロセス制御が優れているため、航空機部品に最適です。

Stratasys Fortus 450mcは、さまざまな素材に印刷することもできます。チームは、信じられないほど耐久性のある素材であるFDM Nylon 12CFからドリルブロックを印刷するために開発しました。 FDM Nylon 12 CFにはカーボンファイバーが含浸されているため、剛性のあるドリルブロックの印刷に最適です。 XB-1チタン船尾胴体の組み立て中に、チームは何百ものドリルブロックを使用し、それらを一晩印刷しました。これにより、ビルドが高速化されただけでなく、チームのダウンタイムも短縮されました。

Stratasys F370は通常、ASAから印刷します。これは、フィッティングコンポーネントの迅速なプロトタイピングとテストに理想的な、経済的で耐久性の低い材料です。チームは、F370を使用してプロトタイプを印刷し、予期しない衝突（部品の衝突、または部品が結合または接触する領域の不一致）のリスクをなくし、既存の飛行装置に取り付けました。 3D印刷パーツを使用してパーツをテストするとデザインが改善されたため、チームが最終的にパーツを作成したとき、それぞれが手袋のようにフィットしました。

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

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XB-1を構築する最初のフェーズでは、主要な優先事項の1つは、メカニズムや機械コンポーネントなど、飛行制御システムのコンポーネントのプロトタイプを作成することでした。各プロトタイプの目標は、パーツが他のパーツに適合し、動作することを確認することでした。プロトタイプの助けを借りて、チームは部品の製造に貴重なリソースを投資する前に、欠陥（結合される部品の不一致）をチェックすることができました。

数時間にわたって数回の反復を印刷し、プロジェクトを完成させた後、チームはスケジュールどおりのビルドに固執します。また、部品がメーカーから提供されて適合しない場合に発生する遅延を回避しました。これらの機能を社内に維持することで、チームはダウンタイムを最小限に抑えました。

Stratasys F900は、生産全体の主力製品であり、その巨大な914 x 610 x 914mmプリントベッドに多くの部品を印刷することができます。

燃料マニホールドからエンジンマウントまで、すべてのプリンターがプロトタイピングに関与していました。チーム3Dは、たとえば、左右のモーターとの互換性をテストするために、フロントエンジンマウントを印刷しました。数回繰り返した後、コンプライアンスレビュー中に設計の検証に成功しました。

このエンジンマウントのいくつかの3D印刷された反復は、成功したフィッティングテストを確認しました。

チーム3Dは、このプロトタイプのボンネットラッチメカニズムを印刷して、運動学を期待に応えました。

ツール：精度の向上と潜在的な損傷の軽減

XB-1の組み立て中に、チームはF900と450mcの機能を活用して、550を超えるドリルブロックを印刷しました。ブロックは、コックピットのバルクヘッドを含む他の印刷されたテンプレートとともに、チタン製胴体の綿密な組み立てをサポートしていました。

チームは計測を使用してブロックに穴を開け、精度を高めました。そして、より正確に、チームは航空機への潜在的な損傷を減らしました。

チームは、3D印刷されたドリルブロックを使用して、チタン後部胴体への潜在的な損傷を最小限に抑えながら、スケジュールどおりに組み立てを完了することができました。

3D印刷がなければ、ドリルブロックの製造時間は数週間になり、アルミニウムからの製造に必要な数万ドルは言うまでもありません。社内の3D印刷のおかげで、同じブロックを数日で低コストで印刷できました。

この図は、チームが3D印刷されたドリルブロックを使用して正確に穴を開けた多くの場所を示しています。

金属材料：熱に耐える3Dプリントチタン部品

業界の大きな進歩のおかげで、3D印刷は事実上すべての素材から可能になりました。シルバー、フォトポリマー、ステレオリソグラフィー材料（エポキシ）、さらにはチタンも3D印刷に使用できます。

ブームはVELO3Dと提携して、数か月ではないにしても数週間かかる金属部品を製造しました。同社は、XB-1の最も洗練されたチタン部品のいくつかを含む21のXB-1部品を3D印刷しました。これは、エンジンコンプレッサーから余分な空気を取り除く可変ブリードバルブ用マニホールド（VBV）です。

VBVマニホールドの場合、機械加工、溶接、鋳造などの従来の製造方法は実用的ではありません。彼らは、3D印刷によってのみ、パーツの目的の形状を実現することができました。

ブームとVELO3Dのパートナーシップの結果、21個の3Dプリント金属部品がXB-1に取り付けられました。

軽量の3Dプリントパーツ：航空宇宙エンジニアのためのゲームチェンジャー

3D印刷は、組み立て時の時間とリソースを節約するだけでなく、航空機の重量を軽減し、すべての航空宇宙エンジニアのルールを劇的に変えました。航空機の重量は燃料消費量に直接関係しているため、航空宇宙工学の目標は、すべての安全要件を満たす軽量航空機を作成することです。軽量の航空機は燃焼する燃料が少ないため、軽量化が重要です。

3D印刷部品は、材料の選択に応じて、従来の鋼やアルミニウムの部品よりも大幅に軽量化できます。 340以上のユニークな3Dプリントパーツを備えたXB-1では、全体の重量が最も重要でした。

生産グループがXB-1を地上および飛行試験チームに引き渡したので、彼らは将来のブーム超音速航空会社の設計と建設に注意を向けています。

そしてOvertureにとって、3D印刷の可能性は無限にあり、コックピット、フライトコントロールパネル、ギャレーの内部を3D印刷する機能に加えて、プロトタイピング、給油、飛行装置があります。

これらの機能を強化する3D印刷の進歩により、製造コストの削減、製造時間の短縮、航空機の軽量化による排出量の削減という新しい機会が開かれます。

3Dプリンターで印刷された部品

（ブームの3Dプリント航空機部品は製造の未来を明らかにします）

3Dプリント技術は製造の世界を席巻しています。消費者向け製品の設計から医療モデリングまで、迅速なプロトタイピングと製造のための3D印刷の価値を認識する企業が増えています。

おそらく、航空宇宙産業ほど大きな影響を受けた産業はないでしょう。ボーイングは、787ドリームライナーにチタン部品を3D印刷することで、各航空機で最大300万ドルを節約できると予測されています。 Honeywellは、添加剤製造による再設計で7か月以上節約しました。 Airbusは、これまで可能であったよりも15％軽量なオーバーヘッドストレージ用のスペーサーパネルを作成することに成功しました。

ブームは、グローバルリーダーのStratasysとのパートナーシップの一環として、2年以上前に3D印刷の使用を開始しました。それ以来、同社は何百もの3D印刷部品、ツール、プロトタイプを製造し、何千時間もの労働時間を節約してきました。 StratasysとBoomは最近、2026年までの7年間の延長を発表し、複雑な問題に対して創造的なソリューションを提供し続けます。

ブームや多くの同様の企業にとってのメリットは計り知れません。最も注目すべき3つのメリットには、時間、お金、重量の節約が含まれます。多くの航空機部品は、スペースと重量が不足していることもあり、本質的に複雑な形状です。 3D印刷の前は、複雑な部品は単一の材料ブロックから削り出されていましたが、これは多くの場合、非常にコストがかかり、骨の折れる作業であり、時間がかかりました。

ブームの3D印刷はどのくらい効果的ですか？航空機製造の未来に光を当てる5つのユニークな印刷コンポーネントを共有します。

ブレーキ圧力レギュレーター

ブレーキ圧力レギュレーターは、ストラット圧力制御コンポーネントをAピラー油圧コンパートメントに取り付けるために使用されます。従来のようにこの部品がアルミニウムでできているとすると、6週間以上かかり、2,000ドルかかります。この飛行プロトタイプは、印刷にわずか9.5時間かかり、材料に70ドルかかりました。

遠隔測定接続用のマウント

この部分は、テレメトリ接続をテストするときに機器マウントとして機能しました。テストの一環として、エンジニアのチームがコロラド州の4,300mにあるパイクスピークに機器を設置し、航空機と地上ステーション間の信頼性の高い遠隔測定接続を最大200マイルまで維持できることを確認しました。

飛行制御システムのテストリグ

テールドライブのたわみ機構を検証するために使用されるこの飛行制御テストフィクスチャは、非常に低コストで迅速かつ徹底的な安全性テストを可能にしました。この印刷された部分は飛行装置には使用されませんが、エンジニアは飛行装置のアクチュエータが正しく機能することを確認できます。

コンプレッサーブリードエアダクト

迅速なプロトタイピングのもう1つの優れた例であるこのコンプレッサーブリードダクトは、エンジンのテスト中にエンジンの内部回路から空気を再ルーティングするために、また飛行中の最終的な適合を確認するためのテストピースとして使用されました。3D印刷がなければ、そのような部品には機能が欠けている可能性があります。これは、最も効率的な形状を得るために多くの異なる部品を使用する必要があるプロセスです。

従来のアルミニウム部品は、設計が大幅に複雑になり、約4週間と4000ドルの費用がかかります。ブームの場合、この部分は14時間と150ドルしかかかりませんでした。

フライト機器パレット

70を超える部品のこの94時間の印刷作業は、さまざまな航空機システム用のStratasysF900飛行装置パレットで完了しました。電気、翼、飛行制御、油圧、胴体の利点により、この1つの作業で、従来の製造方法に比べて数千ドルと数週間のリードタイムを節約できました。

翻訳に協力してくれたDmitryKudryavtsevとVaryaSheremetに感謝します。

2020年11月9日、YCombinatorによる無料のStartupSchool for Future Foundersが世界最高のアクセラレーターから始まり、国際的なスタートアップの創設者になることを計画している人々に役立つ翻訳を公開します。

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Y Combinatorでのスタートアップ：未来の超音速航空機

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