美國NASA：使用3D打印來研究飛機機翼結冰問題

2019年8月28日，南極熊從外媒獲悉，美國宇航局的研究人員正在使用3D打印技術來研究飛機機翼結冰問題。

其主要工作流程是：首先通過激光3D掃描飛機機翼上產生的冰形狀的高保真數(shù)據(jù)，然后將復雜的冰形狀進行3D打印，以更好地了解冰的形成及其對飛機的影響。

據(jù)悉，該項研究的數(shù)據(jù)將于2020年公開發(fā)布，這是一項為期五年的合作研究計劃的成果，研究成員包括美國國家航空航天局，聯(lián)邦航空管理局（FAA），法國航空航天實驗室（ONERA）和幾所美國大學。

解決飛機上的結冰問題

此前，結冰研究依賴于在專門的風洞中產生真正的冰。超冷水滴吹過飛機部件，例如機翼，然后在接觸時凍結。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行計算機模擬以研究各種冰形狀對飛機空氣動力學的影響。

迄今為止，用于記錄和分析這些形狀的方法相對簡單。 “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，”美國宇航局克利夫蘭研究中心（GRC）的結冰工程師Andy Broeren說。由于描記的結構相當基本，冰形的細節(jié)丟失了。因此，由此產生的計算機代碼不能完全代表現(xiàn)實世界的現(xiàn)象。

多年來，研究人員一直試圖通過經(jīng)典的模塑制造方法（如模塑和鑄造）人工生產和測量更復雜的形狀。然后將這些模型連接到飛機表面并在風洞中進行測試。

△飛機機翼的一部分在法國航空航天實驗室（ONERA）的風洞中進行測試

3D打印作為研究工具

美國宇航局已經(jīng)在使用3D打印技術生產用于太空任務的化學傳感器，火箭發(fā)動機和軟機器人。這次，該機構正在應用3D打印作為研究工具，以更好地了解冰的形成及其對飛機的影響。

3D打印的好處包括提高計算機模擬工具的有效性，這些工具有助于預測結冰，以及更節(jié)省燃料和更便宜的飛機。此外，高保真數(shù)據(jù)將使FAA能夠調整其證明飛機管理結冰能力的要求。目前，飛機設計的額外安全余量是基于過時的結冰研究數(shù)據(jù)。這項調整將提高飛機的安全性，并降低飛機制造商的開發(fā)成本。

這個3D結冰研究項目始于2015年，使用GRC的結冰風洞。 “當我們開始這個項目時，我們沒有很好的能力來測量三維冰，并對它進行高保真的3D打印機再現(xiàn)，”Broeren說。 “現(xiàn)在，我們做到了?！?br />
在GRC的結冰風洞內，該團隊使用3D激光掃描儀測量大型機翼部分產生的冰形狀。然后在計算機中構建并操縱飛機上的冰的3D模型。準確的冰雕由服務商3D打印。

該研究持續(xù)到2018年底，當時在法國ONERA的風洞進行了測試。從那時起，研究人員一直在通過技術論文和演示文稿編制，完善和分享他們的結果。五年協(xié)議于2020年5月31日正式結束時，最終的數(shù)據(jù)將公開。

△3D打印機生成的復雜冰形狀的一個例子

編譯自：3dprintingindustry