美国NASA：使用3D打印来研究飞机机翼结冰问题

2019年8月28日，南极熊从外媒获悉，美国宇航局的研究人员正在使用3D打印技术来研究飞机机翼结冰问题。

其主要工作流程是：首先通过激光3D扫描飞机机翼上产生的冰形状的高保真数据，然后将复杂的冰形状进行3D打印，以更好地了解冰的形成及其对飞机的影响。

据悉，该项研究的数据将于2020年公开发布，这是一项为期五年的合作研究计划的成果，研究成员包括美国国家航空航天局，联邦航空管理局（FAA），法国航空航天实验室（ONERA）和几所美国大学。

解决飞机上的结冰问题

此前，结冰研究依赖于在专门的风洞中产生真正的冰。超冷水滴吹过飞机部件，例如机翼，然后在接触时冻结。在这些受控条件下，所形成的冰形状与自然界形成的冰形状匹配。然后记录冰形状并用于运行计算机模拟以研究各种冰形状对飞机空气动力学的影响。

迄今为止，用于记录和分析这些形状的方法相对简单。 “我们最常用的方法是使用加热的金属板在冰上切一片，然后在其中插入一块纸板，然后用铅笔勾勒出冰形的轮廓，”美国宇航局克利夫兰研究中心（GRC）的结冰工程师Andy Broeren说。由于描记的结构相当基本，冰形的细节丢失了。因此，由此产生的计算机代码不能完全代表现实世界的现象。

多年来，研究人员一直试图通过经典的模塑制造方法（如模塑和铸造）人工生产和测量更复杂的形状。然后将这些模型连接到飞机表面并在风洞中进行测试。

△飞机机翼的一部分在法国航空航天实验室（ONERA）的风洞中进行测试

3D打印作为研究工具

美国宇航局已经在使用3D打印技术生产用于太空任务的化学传感器，火箭发动机和软机器人。这次，该机构正在应用3D打印作为研究工具，以更好地了解冰的形成及其对飞机的影响。

3D打印的好处包括提高计算机模拟工具的有效性，这些工具有助于预测结冰，以及更节省燃料和更便宜的飞机。此外，高保真数据将使FAA能够调整其证明飞机管理结冰能力的要求。目前，飞机设计的额外安全余量是基于过时的结冰研究数据。这项调整将提高飞机的安全性，并降低飞机制造商的开发成本。

这个3D结冰研究项目始于2015年，使用GRC的结冰风洞。 “当我们开始这个项目时，我们没有很好的能力来测量三维冰，并对它进行高保真的3D打印机再现，”Broeren说。 “现在，我们做到了。”

在GRC的结冰风洞内，该团队使用3D激光扫描仪测量大型机翼部分产生的冰形状。然后在计算机中构建并操纵飞机上的冰的3D模型。准确的冰雕由服务商3D打印。

该研究持续到2018年底，当时在法国ONERA的风洞进行了测试。从那时起，研究人员一直在通过技术论文和演示文稿编制，完善和分享他们的结果。五年协议于2020年5月31日正式结束时，最终的数据将公开。

△3D打印机生成的复杂冰形状的一个例子

编译自：3dprintingindustry