基于連續纖維增材制造工藝的四旋翼無人機拓撲優化
國際上亞馬遜的無人機項目在經歷了多次故障、墜毀甚至火災后，正在建造一個更好的無人機，以幫助規劃公司的Prime Air送貨服務的未來發展。新的MK30無人機旨在更安靜、飛行更遠，并且更好地應對元素，例如高溫和小雨。3D打印技術為無人機的制造帶來了許多優勢，包括更快速的原型制作、定制化以及按需生產。這項技術允許創建復雜、輕巧的結構，非常適合無人機的空中需求，同時也為無人機愛好者提供了前所未有的定制水平。
無人機制造商正在轉向使用3D打印技術來制造更優質、更輕、更堅固的無人機組件。3D打印不僅大大縮短了從計劃到生產的時間，而且幾乎不需要重新調整工具，就可以生產出幾乎不需要重新調整的部件。此外，3D打印選項通常最終成本與傳統方法相當甚至更低。
本期，通過節選近期國內在低空經濟研究探索領域的多個閃光點，3D科學谷與谷友一起來領略低空經濟背后的技術趨勢。
“ 3D Science Valley 白皮書 圖文解析
”
“3D打印技術在無人機的輕量化和力學性能提升方面具有巨大的潛力。通過優化設計和材料選擇，可以顯著提高無人機的性能，同時降低生產成本。”
圖片：MarkForged
3D科學谷發現
3D Science Valley Discovery國內的研究進展表明未來3D打印材料的多樣性和性能將進一步提升，如使用先進的復合材料和智能材料，這將為無人機提供更優越的性能，包括更輕的重量、更高的強度和更好的耐久性.結合自動化和智能化技術，3D打印可以進一步實現無人機的自動化生產，提高生產效率和質量控制水平。
Insights that make better life
基于連續纖維增材制造工藝
的四旋翼無人機拓撲優化
熊婷、錢波、胡珍濤、茅健、趙嫚、劉鋼
上海工程技術大學機械與汽車工程學院 機械工業航空大型復雜薄壁構件智能制造技術重點實驗室 上海交通大學四川研究院
摘要：
針對四旋翼無人機實現輕量化和提升力學性能的需求，提出一種連續纖維增材制造工藝和拓撲優化構型設計相結合的方法。首先基于復合絲材制備工藝，以連續碳纖維為增強材料，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合材料樣件，研究成型方向、纖維分布區域和成型路徑方式對樣件力學性能影響，得到連續碳纖維復合材料的最佳工藝參數為平放打印、纖維層均勻間隔分布和0°成型路徑。其次，利用拓撲優化技術對承載能力最弱工況下的四旋翼無人機重新設計，優化后模型的質量比優化前減輕了48%。再結合最佳工藝參數制備不同連續纖維體積分數的四旋翼無人機樣件進行壓縮性能測試，結果表明連續纖維體積分數為35%時，可在較低成本下提高樣件的力學性能。
激光增材制造無人機框梁
結構拓撲優化設計及剛度分析
郝璐靜、原帥超、王建峰、段宇航、占小紅
南京航空航天大學材料科學與技術學院
摘要：
目的
以選區激光熔化成形（SLM）無人機接頭框梁結構為研究對象，研究不同工況條件下零件的變形分布情況，對原零件進行拓撲結構優化，并對優化后的零件進行二次靜力學驗證。
方法
以AlSi10Mg鋁合金粉末為原材料，利用Ansys Workbench軟件的Mechanical模塊對SLM成形接頭零件4種工況下的靜力學剛度行為進行有限元仿真。采用變密度法進行拓撲優化，以剛度最大化為目標、保留質量40%為響應約束進行結構優化，根據拓撲優化密度云圖設計孔洞位置及尺寸，對模型進行重構，并在Ansys Workbench軟件中進行二次靜力學剛度仿真。
結果
在4種工況條件下，接頭零件彎曲時最大位移位置在上耳片邊緣，除工況A外，其余工況均呈現沿z軸正向變形的趨勢。在工況B下，總變形最大為0.289 mm，優化后為0.626 mm。優化后的零件使上、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。
結論
不同位置接頭零件的變形演變規律不同，幾乎不存在扭轉變形，主要是框梁結構的豎直彎曲變形，經拓撲結構優化后零件變形總體趨勢并未改變，但整體結構的穩定性和一致性得到了顯著提高。
3D打印技術
在無人機生產制造中的應用
褚威、李欣、牛思源、王立東、程高峰
中國酒泉衛星發射中心
摘要：
本課題重點針對SLA和FDM兩種3D打印技術進行研究,結合三維激光掃描技術,分析了3D打印技術應用于無人機生產制造的優勢和難點問題,通過實際應用案例總結出了一套應用3D打印技術生產制造無人機的方法和流程,對未來可消耗、低成本的小型無人機生產制造具有一定的參考價值。
基于3D打印的
船載無人機參數化設計
饒婕
桂林航天工業學院
摘要：
以降低船載無人機重量，提升船載無人機力學性能為目的，設計基于3D打印的船載無人機參數化設計方法。通過面向3D打印的SolidWorks軟件建立以船載無人機結構柔度最小為目標，以體積、梯度等為約束條件的船載無人機參數確定模型；利用變權重變異鴿群優化算法，求解該模型，確定最小結構柔度對應的船載無人機參數；依據確定的參數，建立船載無人機的三維模型，并導入3D打印軟件內；3D打印技術以分層處理的方式，完成船載無人機參數化設計。實踐證明，該方法可有效確定船載無人機參數，建立船載無人機三維模型，有效完成船載無人機參數化設計。該方法設計的船載無人機最大應力較大，符合無人機結構剛度與強度等力學性能需求。
復合翼eVTOL推力單元
安裝散熱一體化設計
陳修賢、姚遠、張寶柱、董明
上海沃蘭特航空技術有限責任公司
摘要：
基于復合翼eVTOL推力單元散熱需求，通過CFD分析了4種散熱氣道內空氣的流速，選擇滿足散熱需求的散熱氣道；設計推力單元和散熱氣道的安裝結構，采用有限元方法計算電機臂和電機座的結構應變和應力，結果滿足結構的強度要求。通過臺架試驗、地面壓載試驗和飛行試驗，驗證推力單元安裝散熱一體化設計的可行性，填補了國內復合翼eVTOL推力單元利用前行空氣來流進行散熱與安裝設計的空白。
基于證據理論和區間分析的
eVTOL熱失控安全性分析
王鵬、王曉聰、肖女娥、李勃陽
中國民航大學民航航空器適航審定技術重點實驗室 中國民航大學科技創新研究院 中國民航大學中歐航空工程師學院
摘要：
為保證eVTOL的安全性，需要對鋰電池的熱失控問題進行安全性分析。針對鋰電池熱失控失效數據不足這一問題，提出一種基于證據理論和區間分析的安全性評估方法：對系統進行故障樹建模；針對故障樹分析中存在的底事件失效率不精確的問題，使用證據理論計算底事件失效概率區間，并結合區間理論對故障樹頂事件進行計算；通過重要度分析，找出對頂事件影響最大的底事件。利用所提方法，對eVTOL電池熱失控進行安全性分析并計算各底事件的重要度，從而為降低系統失效概率、提升系統安全性水平提供依據。
電動垂直起降復合翼
飛行器電機臂結構設計
陳修賢、董明、董文俊、吳韋志
上海沃蘭特航空技術有限責任公司研發中心
摘要：
電動垂直起降復合翼飛行器的電機臂為關鍵的承載部件，在轉換飛行階段和反轉換飛行階段，飛行載荷復雜，研究其結構設計具有重要意義。本課題研究垂起、轉換、固定翼飛行、反轉換、降落飛行階段電機臂承受的槳葉拉力、飛行過載載荷，在此載荷下設計雙傳力路徑的電機臂結構，并在給定約束條件下進行電機座的結構優化；通過強度仿真分析對電機臂結構設計進行計算分析，確保電機臂上復合材料和金屬零件的應力水平低于設計許用值；根據電機臂結構形式，設計試驗加載方式，通過靜強度試驗和飛行試驗，測量試驗過程中的應變及變形，并與強度計算結果進行對比分析，以驗證電機臂結構設計和計算結果的準確性。結果表明：本文設計的電動垂直起降復合翼飛行器電機臂滿足剛度、強度、疲勞設計要求。
(責任編輯：admin)
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