美國(guó)NASA：使用3D打印來(lái)研究飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰問(wèn)題

2019年8月28日，南極熊從外媒獲悉，美國(guó)宇航局的研究人員正在使用3D打印技術(shù)來(lái)研究飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰問(wèn)題。

其主要工作流程是：首先通過(guò)激光3D掃描飛機(jī)機(jī)翼上產(chǎn)生的冰形狀的高保真數(shù)據(jù)，然后將復(fù)雜的冰形狀進(jìn)行3D打印，以更好地了解冰的形成及其對(duì)飛機(jī)的影響。

據(jù)悉，該項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)將于2020年公開(kāi)發(fā)布，這是一項(xiàng)為期五年的合作研究計(jì)劃的成果，研究成員包括美國(guó)國(guó)家航空航天局，聯(lián)邦航空管理局（FAA），法國(guó)航空航天實(shí)驗(yàn)室（ONERA）和幾所美國(guó)大學(xué)。

解決飛機(jī)上的結(jié)冰問(wèn)題

此前，結(jié)冰研究依賴于在專門的風(fēng)洞中產(chǎn)生真正的冰。超冷水滴吹過(guò)飛機(jī)部件，例如機(jī)翼，然后在接觸時(shí)凍結(jié)。在這些受控條件下，所形成的冰形狀與自然界形成的冰形狀匹配。然后記錄冰形狀并用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)模擬以研究各種冰形狀對(duì)飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的影響。

迄今為止，用于記錄和分析這些形狀的方法相對(duì)簡(jiǎn)單。 “我們最常用的方法是使用加熱的金屬板在冰上切一片，然后在其中插入一塊紙板，然后用鉛筆勾勒出冰形的輪廓，”美國(guó)宇航局克利夫蘭研究中心（GRC）的結(jié)冰工程師Andy Broeren說(shuō)。由于描記的結(jié)構(gòu)相當(dāng)基本，冰形的細(xì)節(jié)丟失了。因此，由此產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)代碼不能完全代表現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象。

多年來(lái)，研究人員一直試圖通過(guò)經(jīng)典的模塑制造方法（如模塑和鑄造）人工生產(chǎn)和測(cè)量更復(fù)雜的形狀。然后將這些模型連接到飛機(jī)表面并在風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)試。

△飛機(jī)機(jī)翼的一部分在法國(guó)航空航天實(shí)驗(yàn)室（ONERA）的風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)試

3D打印作為研究工具

美國(guó)宇航局已經(jīng)在使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)用于太空任務(wù)的化學(xué)傳感器，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和軟機(jī)器人。這次，該機(jī)構(gòu)正在應(yīng)用3D打印作為研究工具，以更好地了解冰的形成及其對(duì)飛機(jī)的影響。

3D打印的好處包括提高計(jì)算機(jī)模擬工具的有效性，這些工具有助于預(yù)測(cè)結(jié)冰，以及更節(jié)省燃料和更便宜的飛機(jī)。此外，高保真數(shù)據(jù)將使FAA能夠調(diào)整其證明飛機(jī)管理結(jié)冰能力的要求。目前，飛機(jī)設(shè)計(jì)的額外安全余量是基于過(guò)時(shí)的結(jié)冰研究數(shù)據(jù)。這項(xiàng)調(diào)整將提高飛機(jī)的安全性，并降低飛機(jī)制造商的開(kāi)發(fā)成本。

這個(gè)3D結(jié)冰研究項(xiàng)目始于2015年，使用GRC的結(jié)冰風(fēng)洞。 “當(dāng)我們開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我們沒(méi)有很好的能力來(lái)測(cè)量三維冰，并對(duì)它進(jìn)行高保真的3D打印機(jī)再現(xiàn)，”Broeren說(shuō)。 “現(xiàn)在，我們做到了�！�

在GRC的結(jié)冰風(fēng)洞內(nèi)，該團(tuán)隊(duì)使用3D激光掃描儀測(cè)量大型機(jī)翼部分產(chǎn)生的冰形狀。然后在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建并操縱飛機(jī)上的冰的3D模型。準(zhǔn)確的冰雕由服務(wù)商3D打印。

該研究持續(xù)到2018年底，當(dāng)時(shí)在法國(guó)ONERA的風(fēng)洞進(jìn)行了測(cè)試。從那時(shí)起，研究人員一直在通過(guò)技術(shù)論文和演示文稿編制，完善和分享他們的結(jié)果。五年協(xié)議于2020年5月31日正式結(jié)束時(shí)，最終的數(shù)據(jù)將公開(kāi)。

△3D打印機(jī)生成的復(fù)雜冰形狀的一個(gè)例子

編譯自：3dprintingindustry