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谢菲尔德大学联合波音公司设计3D打印无人机

2014-06-04

小型无人驾驶飞行器(UAV)是一种非常灵活而方便的设备,经常被用于空中勘测、摄影和环境监测领域。但设计制造一架UAV却是十分费时而又昂贵的。日前,谢菲尔德大学(University of Sheffield)先进制造研究中心(AMRC)与波音公司的新设计及原型制作小组合作,使用先进的设计工具和3D打印技术设计并试制了一架创新小型无人驾驶飞机。


这架UAV的机身部分是采用熔融沉积成型(FDM)技术3D打印出来的。为了节省材料成本和制造时间,AMRC团队在设计每个零部件的结构时都考虑到了增持制造的因素,以便它可以无需任何支撑材料进行打印。

“了解了FDM工艺的能力和相关的软件以后,我们就能够设计许多独特的功能并能防止在实际制造时出现变形。”AMRC的开发工程师Mark Cocking说。

采用 FDM 3D打印机,开发团队能够把机翼结构从简单的机翼蒙皮改进为集成了加强物的更为复杂的设计。半壳式内部结构则有助于防止3D打印过程中出现变形,在飞行中能承受空气动力载荷,并可以很容易地组装。“通过Fortus 900,构成机身的所有零部件都被集成到一个单一的结构中,使用ABS-M30材料,不到24小时即可一次打印完成,” Cocking说。“在使用增材制造之前,制作这个机身将需要超过120小时。”

“适合空气动力学性能的多样化需求和FDM制造技术的最佳配置似乎是混合翼身。”开发工程师John Mann说,他领导了细节设计。“这种类型的设计具有许多优点,最重要是,其每个半跨度的平滑前缘和后缘很适于FDM技术制造”。

最终的机身仅由九个部分组成:两个机翼、两个升降副翼、两个翼梁、两个翼端围栏和一个中心脊柱。所有这些零件都是3D打印而且没有使用支撑材料。

“这架UAV成品拥有1.5米的翼展,重量不到2公斤,并很容易从中间分为两半,以便运输。”AMRC称。

在Peak District的第一次测试中,该机表现出良好的稳定性,飞行时气动噪声低。“在飞行试验成功后,我们又给它加了翼梢小翼和双涵道风扇推进系统。”高级设计工程师Garth Nicholson说。“未来的开发规划包括飞行参数全机载数据记录,通过GPS自主运行,并通过表面变形技术控制。我们也正在检验新的涵道风扇的设计。
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