據(jù)3dprintingindustry網(wǎng)站2019年9月刊文，美國航空航天局(NASA)的航空研究人員正在使用3D打印生成新數(shù)據(jù)來處理結(jié)冰的航空安全問題。飛機(jī)機(jī)翼上產(chǎn)生的冰形狀的高保真數(shù)據(jù)通過激光3D掃描被記錄下來。復(fù)雜的冰形狀也經(jīng)過3D打印，以更好地了解冰的形成及其對(duì)飛機(jī)的影響。
該數(shù)據(jù)將于2020年公開發(fā)布，這是一項(xiàng)為期五年的合作研究項(xiàng)目的成果，該項(xiàng)目涉及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(shí)驗(yàn)室(ONERA)和幾所美國大學(xué)。
一，研究人員致力于解決飛機(jī)上的結(jié)冰問題
在過去，結(jié)冰研究依賴于在專門配備的風(fēng)洞中產(chǎn)生真正的冰。超冷水滴吹過飛機(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緊密匹配。然后冰形狀被記錄下來并用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)仿真，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。NASA格倫研究中心(GRC)的結(jié)冰工程師Andy Broeren表示：“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狀的輪廓，”。由于勾勒的結(jié)構(gòu)相當(dāng)基本，冰形狀的細(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，研究人員一直試圖通過經(jīng)典的模型制造方法(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。
二，NASA采用3D打印作為除冰研究工具
NASA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。 “如果我們能夠提高我們對(duì)冰在飛行中如何形成和影響飛機(jī)的理解，那么更高保真度的數(shù)據(jù)可以在幾個(gè)重要方面幫助我們，”Broeren補(bǔ)充道。
3D打印的好處包括提高計(jì)算機(jī)仿真工具的有效性，這些工具有助于預(yù)測(cè)結(jié)冰，以及讓飛機(jī)更節(jié)省燃料和更便宜。此外，高保真數(shù)據(jù)將使FAA能夠調(diào)整其認(rèn)證飛機(jī)管理結(jié)冰能力的要求。目前，在結(jié)冰的情況下，飛機(jī)設(shè)計(jì)的額外安全裕度是基于過時(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。Broeren表示：“當(dāng)我們開始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我們沒有很好的能力來測(cè)量三維冰，并對(duì)它進(jìn)行高保真的3D打印再現(xiàn)?，F(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)確的冰雕由一家承包商3D打印出來。
該研究持續(xù)到2018年底，當(dāng)時(shí)在法國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技術(shù)論文和演示文稿編制，完善和分享他們的結(jié)果。當(dāng)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。
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