英國大學(xué)與波音試制3D打印無人機(jī) 山區(qū)表現(xiàn)良好

據(jù)中國國防科技信息網(wǎng)報(bào)道，來自英國謝菲爾德大學(xué)先進(jìn)制造研究中心(AMRC)的工程師和波音公司新設(shè)計(jì)和原型小組合作，已采用先進(jìn)設(shè)計(jì)工具和3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)和試制出一個(gè)創(chuàng)新性小型無人飛行器，在首次山區(qū)測試中，表現(xiàn)良好。
這架無人機(jī)的機(jī)身零部件全部使用熔融沉積成形(FDM)技術(shù)打印而成。為了節(jié)省材料成本和制造時(shí)間，AMRC團(tuán)隊(duì)為每個(gè)部件具體設(shè)計(jì)了增材制造所需結(jié)構(gòu)，因此這些部件可在無需任何支撐材料的情況下被打印出來。
小型無人飛行器(UAVs)是非常靈活的一種設(shè)備，經(jīng)常用于空中測量、攝影和環(huán)境監(jiān)測。但其多數(shù)的設(shè)計(jì)非常昂貴，且生產(chǎn)起來非常耗時(shí)。
AMRC設(shè)計(jì)和原型小組增材制造開發(fā)工程師馬克·科金表示，“通過對FDM工藝能力和相關(guān)軟件的了解，我們能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行操作，使其包含一些獨(dú)特的特征，并防止在制造過程中變形�！�
利用斯川塔斯公司Fortus 900mc 的熔融沉積成形3D打印設(shè)備，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)�從簡單的機(jī)翼蒙皮到具有集成加強(qiáng)筋的更復(fù)雜設(shè)計(jì)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。一個(gè)半硬殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)有助于防止制造過程中的變形，承受飛行中的空氣動(dòng)力載荷，實(shí)現(xiàn)更便捷的集成。科金表示，“使用Fortus 900打印設(shè)備，機(jī)身所需的所有零部件，通過使用ABS- M30材料，都可以在24小時(shí)內(nèi)合并到一個(gè)單一架構(gòu)中。在增材制造設(shè)計(jì)優(yōu)化之前，這個(gè)機(jī)身將在120小時(shí)內(nèi)完成生產(chǎn)。”
從事具體設(shè)計(jì)的開發(fā)工程師約翰·曼恩稱，“空氣動(dòng)力性能和FDM制造各種需求的最優(yōu)配置似乎是混合翼身。此類設(shè)計(jì)有一些優(yōu)勢，對這個(gè)項(xiàng)目來說，最重要的是它適合采用FDM技術(shù)，因?yàn)槊堪雮�(gè)跨度需要平滑的前緣和后緣�！�
最終的機(jī)身設(shè)計(jì)使所有特征都在臨界角以下，從而不需要支撐材料。它僅僅包括9個(gè)零部件——2個(gè)機(jī)翼、2個(gè)升降副翼、2個(gè)翼梁、2個(gè)翼刀、1個(gè)主翼梁。AMRC指出，“所有這些都被設(shè)計(jì)成一對短梁和連接每個(gè)半翼的夾合，提供額外的，由安裝在機(jī)身后部的伺服系統(tǒng)控制的剛性卡入式升降副翼。”該團(tuán)隊(duì)也使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)建模，優(yōu)化所選設(shè)計(jì)，評估飛行特征如升力、阻力和入射角范圍內(nèi)的俯仰力距。
AMRC表示，“制造完成的無人機(jī)翼展1.5米，重量不到2千克，可以很容易地圍繞中央翼梁分成兩半，以方便運(yùn)輸�！�
在首次位于山峰區(qū)的飛行測試中，這架無人機(jī)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和低氣動(dòng)噪聲。高級(jí)設(shè)計(jì)工程師加思·尼科爾森表示，“在這次成功飛行測試之后，我們現(xiàn)在正在對機(jī)身進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，以納入翼梢小翼和雙涵道風(fēng)扇推進(jìn)系統(tǒng)。我們未來的規(guī)劃發(fā)展包括飛行參數(shù)的全機(jī)載數(shù)據(jù)記錄、GPS自主操作和表面變形技術(shù)控制，我們也對新型涵道風(fēng)扇設(shè)計(jì)概念進(jìn)行調(diào)查研究�！�
通過工業(yè)界和學(xué)術(shù)界之間的合作，AMRC設(shè)計(jì)和原型小組已經(jīng)對相對較大的薄壁零件制造設(shè)計(jì)可以進(jìn)行FDM工藝優(yōu)化進(jìn)行了演示。這種僅有建造材料而沒有支撐結(jié)構(gòu)的打印方法，可為專業(yè)無人機(jī)，如那些用于協(xié)助搜索災(zāi)難區(qū)的幸存者無人機(jī)帶來時(shí)間和成本的巨大節(jié)省。