英國大學與波音試制3D打印無人機 山區(qū)表現(xiàn)良好

據(jù)中國國防科技信息網(wǎng)報道，來自英國謝菲爾德大學先進制造研究中心(AMRC)的工程師和波音公司新設計和原型小組合作，已采用先進設計工具和3D打印技術(shù)，設計和試制出一個創(chuàng)新性小型無人飛行器，在首次山區(qū)測試中，表現(xiàn)良好。
這架無人機的機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間，AMRC團隊為每個部件具體設計了增材制造所需結(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)的設計非常昂貴，且生產(chǎn)起來非常耗時。
AMRC設計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計進行操作，使其包含一些獨特的特征，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打印設備，該團隊能夠?qū)�從簡單的機翼蒙皮到具有集成加強筋的更復雜設計的機翼結(jié)構(gòu)進行改進。一個半硬殼內(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力載荷，實現(xiàn)更便捷的集成�？平鸨硎荆�“使用Fortus 900打印設備，機身所需的所有零部件，通過使用ABS- M30材料，都可以在24小時內(nèi)合并到一個單一架構(gòu)中。在增材制造設計優(yōu)化之前，這個機身將在120小時內(nèi)完成生產(chǎn)�！�
從事具體設計的開發(fā)工程師約翰·曼恩稱，“空氣動力性能和FDM制造各種需求的最優(yōu)配置似乎是混合翼身。此類設計有一些優(yōu)勢，對這個項目來說，最重要的是它適合采用FDM技術(shù)，因為每半個跨度需要平滑的前緣和后緣。”
最終的機身設計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個零部件——2個機翼、2個升降副翼、2個翼梁、2個翼刀、1個主翼梁。AMRC指出，“所有這些都被設計成一對短梁和連接每個半翼的夾合，提供額外的，由安裝在機身后部的伺服系統(tǒng)控制的剛性卡入式升降副翼�！痹搱F隊也使用計算流體動力學(CFD)建模，優(yōu)化所選設計，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，以方便運輸。”
在首次位于山峰區(qū)的飛行測試中，這架無人機表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和低氣動噪聲。高級設計工程師加思·尼科爾森表示，“在這次成功飛行測試之后，我們現(xiàn)在正在對機身進行進一步的優(yōu)化，以納入翼梢小翼和雙涵道風扇推進系統(tǒng)。我們未來的規(guī)劃發(fā)展包括飛行參數(shù)的全機載數(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扇設計概念進行調(diào)查研究�！�
通過工業(yè)界和學術(shù)界之間的合作，AMRC設計和原型小組已經(jīng)對相對較大的薄壁零件制造設計可以進行FDM工藝優(yōu)化進行了演示。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，如那些用于協(xié)助搜索災難區(qū)的幸存者無人機帶來時間和成本的巨大節(jié)省。