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同济大学科学家成功研制出3D打印机器蜻蜓

作者:博亚体育app手机版 时间:2021-09-23 00:17
本文摘要:蜻蜓具备极为出众的飞行中性能,能忽上忽下、忽快忽慢、空中滑翔,甚至做到一百八十度的急转弯飞行中,让多数鸟类望尘莫及,故有“飞行中之王”的美誉。近来,针对一种少见的蜻蜓---碧伟蜓,利用3D打印机技术,同济大学研究沈海军教授团队积极开展了计算机建模、风洞试验、蜻蜓扑翼机制作等一系列仿生研究工作,并于本月初顺利研制了一架仿生微型电动遥控机器“蜻蜓”,同时展开了可行性首飞。 为了设计该仿照蜻蜓微型扑翼机,研究团队再行了解理解了蜻蜓的身体结构。

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蜻蜓具备极为出众的飞行中性能,能忽上忽下、忽快忽慢、空中滑翔,甚至做到一百八十度的急转弯飞行中,让多数鸟类望尘莫及,故有“飞行中之王”的美誉。近来,针对一种少见的蜻蜓---碧伟蜓,利用3D打印机技术,同济大学研究沈海军教授团队积极开展了计算机建模、风洞试验、蜻蜓扑翼机制作等一系列仿生研究工作,并于本月初顺利研制了一架仿生微型电动遥控机器“蜻蜓”,同时展开了可行性首飞。  为了设计该仿照蜻蜓微型扑翼机,研究团队再行了解理解了蜻蜓的身体结构。

他们使用CAD软件对碧伟蜓展开了几何实体建模,然后通过3D打印机打印机出有了该蜻蜓的三维实体模型,闻图1。  图13D打印机的1:1蜻蜓实体模型  接着,参考碧伟蜓的特征,研究人员修改了蜻蜓的翅膀、翅脉、头部、足部、胸部以及腰身部。他们融合扑翼飞机特点,设计并绘制出有了适当的仿照蜻蜓飞机的机翼、机身、起落架、发动机架等部件CAD模型;其中,蜻蜓的尾端被精妙地设计出了飞机的方向舵。

有了CAD模型,将其转化成为STL文件格式,之后可依序在3D打印机中打印机出仿蜻蜓飞机的头部、翅膀、脚以及身体等扑翼机部件。  给蜻蜓扑翼机配备动力和电子装备十分最重要。

根据以往的经验,研究人员精心挑选出了7mm直径的有刷电机和适当的滑行组作为动力,3.7伏特的的锂电池作为能源;升空/接管装备自由选择红外二通掌控。其中,一个地下通道掌控蜻蜓机翼的扑打频率,即飞行高度与速度,另一地下通道掌控蜻蜓的航向。

蜻蜓的方向舵搭配制做的4mm线圈直径的微型电磁舵机。  图2同济大学近期研制的3D打印机机器“蜻蜓”  将上述3D打印机的“蜻蜓”部件、动力和电子装备装配一起,并在”蜻蜓”翅脉上铺设0.1mm的聚乙烯塑料薄膜,一个遥控的机器“蜻蜓”之后基本已完成,闻图2。

已完成后的机器“蜻蜓”总重15克,翼展15cm,身长16cm。在加电和遥控下,蜻蜓的一对翅膀交互敲打,产升力和拉力;尾部的电磁舵可左右自如转动,掌控蜻蜓的航向。  为了保证动力系统与气动性能相匹配,安装了动力系统的3D打印机机器“蜻蜓”在同济大学微小飞机实验室的风洞中展开了吹风实验。

测试结果显示,该动力系统可产生十余克的升力和拉力,符合“蜻蜓”飞行中的动力拒绝。这里,值得一提的是,本次实验所用于的风洞很尤其,是不久前该实验室1:1顺利复原的100余年前莱特兄弟所用于的风洞。该风洞原本的升力/阻力机械天平目前已被改为造成了精度更高的电子天平。

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  图33D打印机机器“蜻蜓”风洞测试  在自然界千万年的演化中优胜劣汰,禽类、昆虫、飞鱼等动物苦练了高超的飞行中本领。相比之下,人类的航空史仅有百十年,因此,人类要权利飞翔,还有许多地方必须向动物自学。

目前,利用三维打印机技术,同济大学已陆续顺利研制了飞鸟扑翼机、仿生飞鱼滑翔机、机器蜻蜓等等。三维打印机技术的经常出现,需要协助我们说明了更加多自然界中动物飞行中的奥秘,为人类探究动物飞行中减少了一种新的手段。


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