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流体仿真在开放式无人机3D打印范畴的使用

admin 2019-12-15 232人围观 ,发现0个评论

微软的现任CEO萨提亚在他的《改写》一书中说到,人工智能对人类的含义在于,咱们不应将人工智能视为“人工的”流体仿真在开放式无人机3D打印范畴的使用东西,而是应该把它看成是用来增强人类才能的智能。

其实这个逻辑用在许多场景中有着殊途同归的照应感,不仅仅是愈组词人工智能是用来增强人类才能的,在规划中,仿真软件也在发挥着增强人类驾御杂乱情形的才能,协助人类完成一些令人“脑洞大开”的立异。

要论3D打印技能中的“脑洞大开”,敞开式3D打印(OAM)让人过目不忘,其间心思维是打印体系的体积不受构建物体体积巨细的约束,履行构建的“打印头”不受空间方位约束,一起坚持极高的打印精度,完成大尺度构建的3D打印直接成型。德迪创造性地将无人机作为打印喷头的载体,装备持续性的供料体系,适用于大型修建、太空设备、海底修建等场景。

敞开式3D打印能够将民用无人机与3D打印技能进行完美交融,选用全新规划的3D打印专用无人机作为喷头载体,完美处理惯例3D打印设备尺度的约束。敞开式 3D打印理论上不受打印地址、高度、成型尺度等约束,具有高度的尺度自在和规划自在功能。

敞开式3D打印技能带来了打印尺度和空间维度上的自在度,也具有适当高的规划难度和完成难度,其间不光触及3D打印技能的难点,也触及了一般飞翔器触及的悉数技能难点,例如气动性功能、结构力学功能、稳定性功能等等。其间,气动功能在规划过程中首要依托仿真流体力学来完成,本期增材专栏经过安世亚太《流体仿真在敞开式无人机3D打印范畴的运用》针对某一类型的3D打印无人机机型的流体仿真部分进行扼要的阐明。

尽管咱们还并不清楚无人机3D打印的商业远景与潜力,可是经过敞开式3D打印中流体仿真的学识,咱们能够感遭到仿真是如何来增强规划才能的。

德迪智能无人机3D打印

在一般的敞开式打印中,流体仿真能够处理的问题许多,首要与打印作业时运用的质料及作业环境相关。

本文中咱们重视的无人机3D打印首要以混凝土等半流质的资料为质料,在3D打印作业中, 充满了各种应战,譬如说资料从打印头挤出后质地比较软,不能立刻凝结,且外形简单遭到外界强气流的影响而发作变形。而因为在螺旋桨正下方区域,高流速区域的掩盖规模很高,需求考虑较高的风速对现已打印好的模型部分发生较大效果力的问题。

这些杂乱的应战依托人的试错经历来处理是贵重且很难以完成的,这时候流体仿真就发挥了重要的效果。

仿真内容

本文作者经过某一类型的涵道无人机模型,仿真剖析其在敞开空间中飞翔时的流场,剖析打印喷头邻近的风速散布状况。针对当时选用的螺旋桨在不同转速下的升力规模,研讨有无起落架对螺旋桨升力及打印喷头邻近风速散布的影响。

针对本3D打印无人机机型,流体仿真首要关怀以下几个问题:

- 原旋翼加上现有涵道规划后不同转速时侧向力的改变;

- 研讨规则螺旋桨尺度,不同转速时无人机的升力规模;

- 现有的两个旋翼在一个涵道中的规划,在同一涵道中的两个旋翼在作业时是否会彼此干与。

现有的无人机模型如图1所示,包括六个旋翼、保护罩、机臂,以及起落架、支架、渠道、打印喷头号设备。

图1:无人机模型图,来历安世亚太

图2:核算域示意图,来历安世亚太

仿真剖析无人机在敞开空间飞翔时的流场,需求选取足够大的空间作为流体核算域(如图2所示),以消除核算域鸿沟的存在对无人机流场的影响。考虑到无人机在飞翔时,旋翼驱动发生的活动方向首要是上流体仿真在开放式无人机3D打印范畴的使用下方向的,因而选用圆柱形的核算域空间,其半径为10m,高度方向为45m。

图3:体网格XZ截面图,来历安世亚太

图4:螺旋桨叶片的网格细化图,来历安世亚太

本次核算运用四面体加棱柱层区分网格,在螺旋桨叶片等细微结构邻近选用0.1到1mm的小尺度捕捉曲率改变和挨近率, 在螺旋桨叶片邻近运用5层棱柱层网格以确保高速旋转时的流场核算精度。

仿真成果

螺旋桨叶片运用MRF办法模仿其旋转,核算转速为4000RPM时的工况。

图5:4000RPM XZ截面速度云图

图6:4000RPM YZ截面速度云图

图5和图6分别为,该转速下XZ和YZ截面的速度云图,从图中能够看出,相同飞翔状况下的无人机不同截面的气流场散布有较大的不同,这是因为无人机结构为轴对称而非中心对称所引起的现象。

在无人机的结构效果下,旋翼上方的气流较为会集,为旋翼上方的气流被卷吸进入桨盘区域,并不像其他无人机机型没有结构捆绑,气流来自周围和上方。且在桨盘下方区域,此方式无人机的气流没有其他非涵道式无人机方式的发散现象。

图7:无人机涵道与旋翼干与性剖析截图方位

图8:工况1 Y=-0.4m处XZ截面速度云图

图9:工况1 Y=0.4m处XZ截面速度云图

图8中Y=-0.4m处为两个旋翼在同一涵道中的状况,图9中Y=0.4m处为两个旋翼分别在一涵道中的状况。从以上两图比照可知,桨盘之间的干与首要坐落桨盘之下的区域。右图中两桨盘之间下部有一显着的低速区,而左图中两桨盘之间下部没有低速区的存在。这是因为桨盘之间若没有涵道壁面的阻止,也会有气流被卷吸进涵道中,两头桨叶下的气流跟着活动交融在一起,阐明两个旋翼在一个涵道中气流会有彼此扰动的现象。

因为此无人机结构为轴对称而非中心对称,所以会发生力的不均衡散布,这种效应在飞翔时会发生侧向力,可能会导致偏航,影响飞翔时的稳定性。依据仿真的计算成果,对于此型无人机来说,不同转速下X和Y向的侧向力各有不同,这阐明当转速发作改变时侧向力也在改变。尽管数值较小,但对于飞翔状况的无人机来说,这会导致机体的不稳定流体仿真在开放式无人机3D打印范畴的使用,对操控和操作都形成困难。

综上所述,流体仿真的运用能够防止在敞开式打印的规划中呈现不必要的资源糟蹋问题,起到到简化规划思路、缩短规划周期、进步规划功率的效果。

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