根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)洞察，國(guó)際上亞馬遜的無人機(jī)項(xiàng)目在經(jīng)歷了多次故障、墜毀甚至火災(zāi)后，正在建造一個(gè)更好的無人機(jī)，以幫助規(guī)劃公司的Prime Air送貨服務(wù)的未來發(fā)展。新的MK30無人機(jī)旨在更安靜、飛行更遠(yuǎn)，并且更好地應(yīng)對(duì)元素，例如高溫和小雨。
3D打印技術(shù)為無人機(jī)的制造帶來了許多優(yōu)勢(shì)，包括更快速的原型制作、定制化以及按需生產(chǎn)。這項(xiàng)技術(shù)允許創(chuàng)建復(fù)雜、輕巧的結(jié)構(gòu)，非常適合無人機(jī)的空中需求，同時(shí)也為無人機(jī)愛好者提供了前所未有的定制水平。
無人機(jī)制造商正在轉(zhuǎn)向使用3D打印技術(shù)來制造更優(yōu)質(zhì)、更輕、更堅(jiān)固的無人機(jī)組件。3D打印不僅大大縮短了從計(jì)劃到生產(chǎn)的時(shí)間，而且?guī)缀醪恍枰匦抡{(diào)整工具，就可以生產(chǎn)出幾乎不需要重新調(diào)整的部件。此外，3D打印選項(xiàng)通常最終成本與傳統(tǒng)方法相當(dāng)甚至更低。
本期，通過節(jié)選近期國(guó)內(nèi)在低空經(jīng)濟(jì)研究探索領(lǐng)域的多個(gè)閃光點(diǎn)，3D科學(xué)谷與谷友一起來領(lǐng)略低空經(jīng)濟(jì)背后的技術(shù)趨勢(shì)。
“ 3D Science Valley 白皮書 圖文解析
”
“3D打印技術(shù)在無人機(jī)的輕量化和力學(xué)性能提升方面具有巨大的潛力。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和材料選擇，可以顯著提高無人機(jī)的性能，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。”
3D科學(xué)谷發(fā)現(xiàn)
3D Science Valley Discovery
國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展表明未來3D打印材料的多樣性和性能將進(jìn)一步提升，如使用先進(jìn)的復(fù)合材料和智能材料，這將為無人機(jī)提供更優(yōu)越的性能，包括更輕的重量、更高的強(qiáng)度和更好的耐久性.結(jié)合自動(dòng)化和智能化技術(shù)，3D打印可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制水平。
Insights that make better life
基于連續(xù)纖維增材制造工藝
的四旋翼無人機(jī)拓?fù)鋬?yōu)化
熊婷、錢波、胡珍濤、茅健、趙嫚、劉鋼
上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 機(jī)械工業(yè)航空大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件智能制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海交通大學(xué)四川研究院
摘要：
針對(duì)四旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)輕量化和提升力學(xué)性能的需求，提出一種連續(xù)纖維增材制造工藝和拓?fù)鋬?yōu)化構(gòu)型設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。首先基于復(fù)合絲材制備工藝，以連續(xù)碳纖維為增強(qiáng)材料，短切碳纖維填充尼龍為基體材料，通過熔融沉積成型制得復(fù)合材料樣件，研究成型方向、纖維分布區(qū)域和成型路徑方式對(duì)樣件力學(xué)性能影響，得到連續(xù)碳纖維復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)為平放打印、纖維層均勻間隔分布和0°成型路徑。其次，利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對(duì)承載能力最弱工況下的四旋翼無人機(jī)重新設(shè)計(jì)，優(yōu)化后模型的質(zhì)量比優(yōu)化前減輕了48%。再結(jié)合最佳工藝參數(shù)制備不同連續(xù)纖維體積分?jǐn)?shù)的四旋翼無人機(jī)樣件進(jìn)行壓縮性能測(cè)試，結(jié)果表明連續(xù)纖維體積分?jǐn)?shù)為35%時(shí)，可在較低成本下提高樣件的力學(xué)性能。
激光增材制造無人機(jī)框梁
結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)及剛度分析
郝璐靜、原帥超、王建峰、段宇航、占小紅
南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
摘要：
目的
以選區(qū)激光熔化成形無人機(jī)接頭框梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，研究不同工況條件下零件的變形分布情況，對(duì)原零件進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的零件進(jìn)行二次靜力學(xué)驗(yàn)證。
方法
以AlSi10Mg鋁合金粉末為原材料，利用Ansys Workbench軟件的Mechanical模塊對(duì)SLM成形接頭零件4種工況下的靜力學(xué)剛度行為進(jìn)行有限元仿真。采用變密度法進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，以剛度最大化為目標(biāo)、保留質(zhì)量40%為響應(yīng)約束進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化密度云圖設(shè)計(jì)孔洞位置及尺寸，對(duì)模型進(jìn)行重構(gòu)，并在Ansys Workbench軟件中進(jìn)行二次靜力學(xué)剛度仿真。
結(jié)果
在4種工況條件下，接頭零件彎曲時(shí)最大位移位置在上耳片邊緣，除工況A外，其余工況均呈現(xiàn)沿z軸正向變形的趨勢(shì)。在工況B下，總變形最大為0.289 mm，優(yōu)化后為0.626 mm。優(yōu)化后的零件使上、下耳片變形程度差異顯著減小，最大變形差由0.128 mm減至0 mm。
結(jié)論
不同位置接頭零件的變形演變規(guī)律不同，幾乎不存在扭轉(zhuǎn)變形，主要是框梁結(jié)構(gòu)的豎直彎曲變形，經(jīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化后零件變形總體趨勢(shì)并未改變，但整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和一致性得到了顯著提高。
3D打印技術(shù)
在無人機(jī)生產(chǎn)制造中的應(yīng)用
褚威、李欣、牛思源、王立東、程高峰
中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心
摘要：
本課題重點(diǎn)針對(duì)SLA和FDM兩種3D打印技術(shù)進(jìn)行研究,結(jié)合三維激光掃描技術(shù),分析了3D打印技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)生產(chǎn)制造的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)問題,通過實(shí)際應(yīng)用案例總結(jié)出了一套應(yīng)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)制造無人機(jī)的方法和流程,對(duì)未來可消耗、低成本的小型無人機(jī)生產(chǎn)制造具有一定的參考價(jià)值。
基于3D打印的
船載無人機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)
饒婕
桂林航天工業(yè)學(xué)院
摘要：
以降低船載無人機(jī)重量，提升船載無人機(jī)力學(xué)性能為目的，設(shè)計(jì)基于3D打印的船載無人機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。通過面向3D打印的SolidWorks軟件建立以船載無人機(jī)結(jié)構(gòu)柔度最小為目標(biāo)，以體積、梯度等為約束條件的船載無人機(jī)參數(shù)確定模型；利用變權(quán)重變異鴿群優(yōu)化算法，求解該模型，確定最小結(jié)構(gòu)柔度對(duì)應(yīng)的船載無人機(jī)參數(shù)；依據(jù)確定的參數(shù)，建立船載無人機(jī)的三維模型，并導(dǎo)入3D打印軟件內(nèi)；3D打印技術(shù)以分層處理的方式，完成船載無人機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，該方法可有效確定船載無人機(jī)參數(shù)，建立船載無人機(jī)三維模型，有效完成船載無人機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)。該方法設(shè)計(jì)的船載無人機(jī)最大應(yīng)力較大，符合無人機(jī)結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度等力學(xué)性能需求。
復(fù)合翼eVTOL推力單元
安裝散熱一體化設(shè)計(jì)
陳修賢、姚遠(yuǎn)、張寶柱、董明
上海沃蘭特航空技術(shù)有限責(zé)任公司
摘要：
基于復(fù)合翼eVTOL推力單元散熱需求，通過CFD分析了4種散熱氣道內(nèi)空氣的流速，選擇滿足散熱需求的散熱氣道；設(shè)計(jì)推力單元和散熱氣道的安裝結(jié)構(gòu)，采用有限元方法計(jì)算電機(jī)臂和電機(jī)座的結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力，結(jié)果滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。通過臺(tái)架試驗(yàn)、地面壓載試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證推力單元安裝散熱一體化設(shè)計(jì)的可行性，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)復(fù)合翼eVTOL推力單元利用前行空氣來流進(jìn)行散熱與安裝設(shè)計(jì)的空白。
基于證據(jù)理論和區(qū)間分析的
eVTOL熱失控安全性分析
王鵬、王曉聰、肖女娥、李勃陽
中國(guó)民航大學(xué)民航航空器適航審定技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)民航大學(xué)科技創(chuàng)新研究院 中國(guó)民航大學(xué)中歐航空工程師學(xué)院
摘要：
為保證eVTOL的安全性，需要對(duì)鋰電池的熱失控問題進(jìn)行安全性分析。針對(duì)鋰電池?zé)崾Э厥?shù)據(jù)不足這一問題，提出一種基于證據(jù)理論和區(qū)間分析的安全性評(píng)估方法：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障樹建模；針對(duì)故障樹分析中存在的底事件失效率不精確的問題，使用證據(jù)理論計(jì)算底事件失效概率區(qū)間，并結(jié)合區(qū)間理論對(duì)故障樹頂事件進(jìn)行計(jì)算；通過重要度分析，找出對(duì)頂事件影響最大的底事件。利用所提方法，對(duì)eVTOL電池?zé)崾Э剡M(jìn)行安全性分析并計(jì)算各底事件的重要度，從而為降低系統(tǒng)失效概率、提升系統(tǒng)安全性水平提供依據(jù)。
電動(dòng)垂直起降復(fù)合翼
飛行器電機(jī)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
陳修賢、董明、董文俊、吳韋志
上海沃蘭特航空技術(shù)有限責(zé)任公司研發(fā)中心
摘要：
電動(dòng)垂直起降復(fù)合翼飛行器的電機(jī)臂為關(guān)鍵的承載部件，在轉(zhuǎn)換飛行階段和反轉(zhuǎn)換飛行階段，飛行載荷復(fù)雜，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。本課題研究垂起、轉(zhuǎn)換、固定翼飛行、反轉(zhuǎn)換、降落飛行階段電機(jī)臂承受的槳葉拉力、飛行過載載荷，在此載荷下設(shè)計(jì)雙傳力路徑的電機(jī)臂結(jié)構(gòu)，并在給定約束條件下進(jìn)行電機(jī)座的結(jié)構(gòu)優(yōu)化；通過強(qiáng)度仿真分析對(duì)電機(jī)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算分析，確保電機(jī)臂上復(fù)合材料和金屬零件的應(yīng)力水平低于設(shè)計(jì)許用值；根據(jù)電機(jī)臂結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)試驗(yàn)加載方式，通過靜強(qiáng)度試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)，測(cè)量試驗(yàn)過程中的應(yīng)變及變形，并與強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證電機(jī)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)垂直起降復(fù)合翼飛行器電機(jī)臂滿足剛度、強(qiáng)度、疲勞設(shè)計(jì)要求。
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