英国大学与波音试制3D打印无人机 山区表现良好

据中国国防科技信息网报道，来自英国谢菲尔德大学先进制造研究中心(AMRC)的工程师和波音公司新设计和原型小组合作，已采用先进设计工具和3D打印技术，设计和试制出一个创新性小型无人飞行器，在首次山区测试中，表现良好。
这架无人机的机身零部件全部使用熔融沉积成形(FDM)技术打印而成。为了节省材料成本和制造时间，AMRC团队为每个部件具体设计了增材制造所需结构，因此这些部件可在无需任何支撑材料的情况下被打印出来。
小型无人飞行器(UAVs)是非常灵活的一种设备，经常用于空中测量、摄影和环境监测。但其多数的设计非常昂贵，且生产起来非常耗时。
AMRC设计和原型小组增材制造开发工程师马克·科金表示，“通过对FDM工艺能力和相关软件的了解，我们能够对设计进行操作，使其包含一些独特的特征，并防止在制造过程中变形。”
利用斯川塔斯公司Fortus 900mc 的熔融沉积成形3D打印设备，该团队能够对从简单的机翼蒙皮到具有集成加强筋的更复杂设计的机翼结构进行改进。一个半硬壳内部结构有助于防止制造过程中的变形，承受飞行中的空气动力载荷，实现更便捷的集成。科金表示，“使用Fortus 900打印设备，机身所需的所有零部件，通过使用ABS- M30材料，都可以在24小时内合并到一个单一架构中。在增材制造设计优化之前，这个机身将在120小时内完成生产。”
从事具体设计的开发工程师约翰·曼恩称，“空气动力性能和FDM制造各种需求的最优配置似乎是混合翼身。此类设计有一些优势，对这个项目来说，最重要的是它适合采用FDM技术，因为每半个跨度需要平滑的前缘和后缘。”
最终的机身设计使所有特征都在临界角以下，从而不需要支撑材料。它仅仅包括9个零部件——2个机翼、2个升降副翼、2个翼梁、2个翼刀、1个主翼梁。AMRC指出，“所有这些都被设计成一对短梁和连接每个半翼的夹合，提供额外的，由安装在机身后部的伺服系统控制的刚性卡入式升降副翼。”该团队也使用计算流体动力学(CFD)建模，优化所选设计，评估飞行特征如升力、阻力和入射角范围内的俯仰力距。
AMRC表示，“制造完成的无人机翼展1.5米，重量不到2千克，可以很容易地围绕中央翼梁分成两半，以方便运输。”
在首次位于山峰区的飞行测试中，这架无人机表现出良好的稳定性和低气动噪声。高级设计工程师加思·尼科尔森表示，“在这次成功飞行测试之后，我们现在正在对机身进行进一步的优化，以纳入翼梢小翼和双涵道风扇推进系统。我们未来的规划发展包括飞行参数的全机载数据记录、GPS自主操作和表面变形技术控制，我们也对新型涵道风扇设计概念进行调查研究。”
通过工业界和学术界之间的合作，AMRC设计和原型小组已经对相对较大的薄壁零件制造设计可以进行FDM工艺优化进行了演示。这种仅有建造材料而没有支撑结构的打印方法，可为专业无人机，如那些用于协助搜索灾难区的幸存者无人机带来时间和成本的巨大节省。