聚焦 2019-09-19 19:09

NASA使用3D打印为飞行器除冰建造公共数据库

刘亚威 摘自 3dprintingindustry网站

据3dprintingindustry网站2019年9月刊文,美国航空航天局(NASA)的航空研究人员正在使用3D打印生成新数据来处理结冰的航空安全问题。飞机机翼上产生的冰形状的高保真数据通过激光3D扫描被记录下来。复杂的冰形状也经过3D打印,以更好地了解冰的形成及其对飞机的影响。

该数据将于2020年公开发布,这是一项为期五年的合作研究项目的成果,该项目涉及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。

一,研究人员致力于解决飞机上的结冰问题

在过去,结冰研究依赖于在专门配备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紧密匹配。然后冰形状被记录下来并用于运行计算机仿真,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。NASA格伦研究中心(GRC)的结冰工程师Andy Broeren表示:“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状的轮廓,”。由于勾勒的结构相当基本,冰形状的细节丢失了。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型制造方法(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。

二,NASA采用3D打印作为除冰研究工具

NASA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。 “如果我们能够提高我们对冰在飞行中如何形成和影响飞机的理解,那么更高保真度的数据可以在几个重要方面帮助我们,”Broeren补充道。

3D打印的好处包括提高计算机仿真工具的有效性,这些工具有助于预测结冰,以及让飞机更节省燃料和更便宜。此外,高保真数据将使FAA能够调整其认证飞机管理结冰能力的要求。目前,在结冰的情况下,飞机设计的额外安全裕度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。Broeren表示:“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打印再现。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。准确的冰雕由一家承包商3D打印出来。

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。当五年协议于2020年5月31日正式结束时,最终的数据将公开。

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