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以色列理工學(xué)院學(xué)生制作的3D打印飛機完成首次試飛

航空航天能源
2020
06/28
15:11
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導(dǎo)讀:3D打印用在飛機設(shè)計、制造領(lǐng)域的案例越來越多,這其中既包括大型的載人飛機的零部件打印,也包括無人機的制造,總的來講在提高研發(fā)效率和降低制造成本方面的優(yōu)勢已經(jīng)非常明顯。

2020年6月28日,南極熊從外媒獲悉,來自Technion-以色列理工學(xué)院的學(xué)生和工作人員成功完成了A3TB(主動式空氣彈性飛機試驗臺)的首次試飛,這是一個用于研究飛機動力學(xué)和機翼靈活性的實驗裝置。這架無人駕駛飛機完全是3D打印的,并在3月舉行的第60屆以色列航空航天科學(xué)年會期間贏得了學(xué)生項目競賽。試飛在5月15日進行。


3D打印飛機首次試飛,圖片來自Technion


設(shè)計現(xiàn)代飛機

在設(shè)計現(xiàn)代飛機時,需要考慮的因素有很多,比如油耗和有害氣體的排放。通常情況下,減輕飛機本身的重量可以帶來可觀的經(jīng)濟和環(huán)境效益,但簡單地去掉一些部件并不總是可行的。相反,可以通過設(shè)計的選擇來抵消重力的作用,比如大翼展來減少阻力,增加升力。然而長翼會導(dǎo)致彎曲和結(jié)構(gòu)震顫,因此需要通過模擬和試飛來建立控制機制。

A3TB(主動式空氣彈性飛機試驗臺)

在進行試飛時,墜毀的可能性是存在的,所以試驗臺應(yīng)該是可重復(fù)的,而且價格應(yīng)該相當(dāng)便宜。A3TB就是這樣,只需要一臺3D打印機就可以在很短的時間內(nèi)制作出來。它的重量為10公斤,但翼展為3米,允許團隊在飛行過程中評估其性能,以便根據(jù)真實的飛行數(shù)據(jù)設(shè)計控制和穩(wěn)定機制。

領(lǐng)導(dǎo)這個項目的Daniella Raveh教授說:"成功的飛行標志著研究、測試和設(shè)計計劃的起點。我們開發(fā)的概念,以及在3D打印機上打印整架飛機的可能性,為設(shè)計飛機提供了相當(dāng)大的自由度,與復(fù)合材料或金屬制成的飛機相比,我們制作的飛機具有巨大的成本優(yōu)勢。由于是測試飛機,預(yù)計會在某個時間點墜毀,這些特點使得在不需要大量投資的情況下進行許多改進成為可能。"

5月份的試飛表明,目前的設(shè)計能夠在海平面上水平飛行。據(jù)團隊介紹,這次飛行標志著飛機研發(fā)的一個重要里程碑。

Raveh教授最后說:"小組目前正在研究一種自動控制機制,將在未來幾個月內(nèi)安裝在第二代飛機A3TB-G2上,我們希望在不久的將來報告更多有趣的結(jié)果"。



Daniella Raveh教授和學(xué)生們在一起,照片來自Technion


其他3D打印飛機/無人機

近年來,我們看到快速成型制造被越來越多地應(yīng)用于航天和航空領(lǐng)域。國航空公司(British Airways)指出:“ 3D打印是朝著航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的未來邁出的重要一步,因為打印機所生產(chǎn)的零件既堅固又耐用,與傳統(tǒng)組件一樣,重量減輕了55%。在飛機使用壽命期間,重量每減輕1公斤,最多可以減少25噸二氧化碳的排放。”




2016年,全球第一架3D打印飛機問世了,空中客車公司成功造出了世界上首架利用3D打印技術(shù)制造的飛機Thor,并且在柏林國際航空展上亮相,迷你飛機Thor在周圍多架巨型噴氣機的圍繞下,Thor顯得十分矮小,但是依舊引人注目,因為這架小型空客飛機是全球第一架3D打印飛機。



沒有窗戶,重量只有21公斤,長不到4米,無人機Thor好像是一個大型白色飛機模型。Thor是“高科技目標在現(xiàn)實中的測試”(Test of High-tech Objectives in Reality)的縮寫。

相比于客機,將3D打印用于無人機上顯然更容易實現(xiàn)。在空客的“2016創(chuàng)新日”活動期間,空客“新興技術(shù)和理念”負責(zé)人Peter Sander向媒體介紹,空客已經(jīng)設(shè)計、制造且測試了一架全3D打印無人機。

在Thor生產(chǎn)過程中,唯一沒有使用聚酰胺材料進行3D打印的部分是電子元件。





2019年,長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院機電工程分院的大四學(xué)生王鐵霖,利用3D打印技術(shù)制造出近千個無人機零件,利用碳纖維cnc加工技術(shù)制造了50多件無人機機架,均通過網(wǎng)絡(luò)銷售全國。在學(xué)校,很多同學(xué)都特別喜歡看王鐵霖練習(xí)操控?zé)o人機。彈射,翻轉(zhuǎn)……王鐵霖總會用熟練的手法,控制無人機上演讓人意想不到的動作。



上大學(xué)后,王鐵霖接觸到了穿越機,也就是專業(yè)的競速無人機,因為接觸到這個領(lǐng)域,他便慢慢開始自學(xué)3D打印技術(shù)和solidworks三維建模,從而設(shè)計出自己喜歡的穿越機機架和零件。他設(shè)計的第一架穿越機機架是鐵錨一代,參加了2017年吉林省多旋翼四軸繞標競速,拿到第一名的名次。目前他已經(jīng)完成了鐵錨二代穿越機機架,它的加速能力特別強,推重比特別大,安裝完零件后,兩秒鐘就能達到每小時180公里的極速。此外,他還特意用3D打印技術(shù)打出來一個GoPro的支架,二代機架和大量零件目前已經(jīng)通過網(wǎng)絡(luò)銷售到各地。第三代鐵錨機架目前還在制造中,其結(jié)構(gòu)更加合理,重量更輕,強度更高,更適合主流的小尺寸攝像頭和小尺寸塔式的飛控和電調(diào),會有比二代更快的速度和更快的響應(yīng)。

從高中到大學(xué),王鐵霖能夠堅持研究無人機,離不開母親的支持。除了母親的支持外,王鐵霖還非常感謝他的大學(xué)輔導(dǎo)員張永祥。因為張老師非常支持他的愛好,始終幫他與學(xué)校溝通,使他現(xiàn)在有了自己獨立實驗室(大學(xué)生機械創(chuàng)新基地),業(yè)余時間張老師也會和他一起玩無人機。



3D打印制造飛機、無人機成為新的潮流,尤其在開發(fā)測試階段,具有不可比擬的優(yōu)勢。




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