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以色列理工学院学生制作的3D打印飞机完成首次试飞

创建时间:2020-06-29  阅读数:
       导读:3D打印用在飞机设计、制造领域的案例越来越多,这其中既包括大型的载人飞机的零部件打印,也包括无人机的制造,总的来讲在提高研发效率和降低制造成本方面的优势已经非常明显。

       最近从外媒获悉,来自Technion-以色列理工学院的学生和工作人员成功完成了A3TB(主动式空气弹性飞机试验台)的首次试飞,这是一个用于研究飞机动力学和机翼灵活性的实验装置。这架无人驾驶飞机完全是3D打印的,并在3月举行的第60届以色列航空航天科学年会期间赢得了学生项目竞赛。试飞在5月15日进行。


3D打印飞机首次试飞,图片来自Technion


设计现代飞机

       在设计现代飞机时,需要考虑的因素有很多,比如油耗和有害气体的排放。通常情况下,减轻飞机本身的重量可以带来可观的经济和环境效益,但简单地去掉一些部件并不总是可行的。相反,可以通过设计的选择来抵消重力的作用,比如大翼展来减少阻力,增加升力。然而长翼会导致弯曲和结构震颤,因此需要通过模拟和试飞来建立控制机制。

A3TB(主动式空气弹性飞机试验台)

       在进行试飞时,坠毁的可能性是存在的,所以试验台应该是可重复的,而且价格应该相当便宜。A3TB就是这样,只需要一台3D打印机就可以在很短的时间内制作出来。它的重量为10公斤,但翼展为3米,允许团队在飞行过程中评估其性能,以便根据真实的飞行数据设计控制和稳定机制。

       领导这个项目的Daniella Raveh教授说:"成功的飞行标志着研究、测试和设计计划的起点。我们开发的概念,以及在3D打印机上打印整架飞机的可能性,为设计飞机提供了相当大的自由度,与复合材料或金属制成的飞机相比,我们制作的飞机具有巨大的成本优势。由于是测试飞机,预计会在某个时间点坠毁,这些特点使得在不需要大量投资的情况下进行许多改进成为可能。"

       5月份的试飞表明,目前的设计能够在海平面上水平飞行。据团队介绍,这次飞行标志着飞机研发的一个重要里程碑。

       Raveh教授最后说:"小组目前正在研究一种自动控制机制,将在未来几个月内安装在第二代飞机A3TB-G2上,我们希望在不久的将来报告更多有趣的结果"。



Daniella Raveh教授和学生们在一起,照片来自Technion


其他3D打印飞机/无人机

       近年来,我们看到快速成型制造被越来越多地应用于航天和航空领域。国航空公司(British Airways)指出:“ 3D打印是朝着航空业可持续发展的未来迈出的重要一步,因为打印机所生产的零件既坚固又耐用,与传统组件一样,重量减轻了55%。在飞机使用寿命期间,重量每减轻1公斤,最多可以减少25吨二氧化碳的排放。”




       2016年,全球第一架3D打印飞机问世了,空中客车公司成功造出了世界上首架利用3D打印技术制造的飞机Thor,并且在柏林国际航空展上亮相,迷你飞机Thor在周围多架巨型喷气机的围绕下,Thor显得十分矮小,但是依旧引人注目,因为这架小型空客飞机是全球第一架3D打印飞机。



       没有窗户,重量只有21公斤,长不到4米,无人机Thor好像是一个大型白色飞机模型。Thor是“高科技目标在现实中的测试”(Test of High-tech Objectives in Reality)的缩写。

       相比于客机,将3D打印用于无人机上显然更容易实现。在空客的“2016创新日”活动期间,空客“新兴技术和理念”负责人Peter Sander向媒体介绍,空客已经设计、制造且测试了一架全3D打印无人机。

       在Thor生产过程中,唯一没有使用聚酰胺材料进行3D打印的部分是电子元件。





       2019年,长春理工大学光电信息学院机电工程分院的大四学生王铁霖,利用3D打印技术制造出近千个无人机零件,利用碳纤维cnc加工技术制造了50多件无人机机架,均通过网络销售全国。在学校,很多同学都特别喜欢看王铁霖练习操控无人机。弹射,翻转……王铁霖总会用熟练的手法,控制无人机上演让人意想不到的动作。



       上大学后,王铁霖接触到了穿越机,也就是专业的竞速无人机,因为接触到这个领域,他便慢慢开始自学3D打印技术和solidworks三维建模,从而设计出自己喜欢的穿越机机架和零件。他设计的第一架穿越机机架是铁锚一代,参加了2017年吉林省多旋翼四轴绕标竞速,拿到第一名的名次。目前他已经完成了铁锚二代穿越机机架,它的加速能力特别强,推重比特别大,安装完零件后,两秒钟就能达到每小时180公里的极速。此外,他还特意用3D打印技术打出来一个GoPro的支架,二代机架和大量零件目前已经通过网络销售到各地。第三代铁锚机架目前还在制造中,其结构更加合理,重量更轻,强度更高,更适合主流的小尺寸摄像头和小尺寸塔式的飞控和电调,会有比二代更快的速度和更快的响应。

       从高中到大学,王铁霖能够坚持研究无人机,离不开母亲的支持。除了母亲的支持外,王铁霖还非常感谢他的大学辅导员张永祥。因为张老师非常支持他的爱好,始终帮他与学校沟通,使他现在有了自己独立实验室(大学生机械创新基地),业余时间张老师也会和他一起玩无人机。



       3D打印制造飞机、无人机成为新的潮流,尤其在开发测试阶段,具有不可比拟的优势。