同济大学3D打印微型飞机成功试飞

    轻轻一甩手，一架乒乓球拍大小的微型飞机即刻从指间飞出，并在眼前悠闲地盘旋、飞舞……10月19日，同济大学航空航天与力学学院（简称“航力学院”）楼前的草坪上，该学院微小飞机实验室的几名师生聚在一起，成功放飞了一架他们最新研制的微型飞机，吸引了不少路人驻足观望。

    乍一看，这架飞机和该实验室此前研制的微型飞机并没有什么显著不同，但留心的话，却会发现一些端倪：首先，这是一架全身洁白的塑料小飞机，包括机身、机翼、尾翼、起落架和舵面全是纯白色，这有别于此前的黑色碳纤维杆微型飞机；其次，该飞机的机翼和尾翼分别为一个整体，不像此前的飞机，各个部件都是胶接或棉线/胶水固接到一起的。原来，这是一架与众不同的飞机，采用了最新的3D打印制造技术。

    由于航力学院现有3D打印机的最大打印幅度为28厘米，因此，28厘米成为微小飞机实验室师生们设计该微型飞机的特征尺寸，即翼展的指定参数。在飞机初步设计阶段，师生们先是根据翼展28厘米这一数据，以及实验室前期的相关微型飞机的性能指标，大致估算出待设计飞机的起飞重量、飞机高度、发动机拉力、电磁舵机驱动力矩等设计目标和参数，进而确定出飞机的总体布局和构型方案。

    进入详细设计阶段后，一名负责CAD建模的同学利用AutoCAD软件在电脑上进行全机制图，并在虚拟环境中根据材料的密度和体积估算飞机的重量；一名同学绕线圈，设计、制作适合微型飞机舵面连接形式的电磁舵；而另两名同学则分头拿着电机在自制的发动机推力测试系统上测量发动机的推力，以及利用美国航空航天局的气动软件Tunnel分析飞机的升力和阻力等气动性能数据。上述工作完成后，综合测得的发动机推力、飞机升力和阻力，以及早先飞机预设的目标参数，对所做的飞机方案进行评估。

    经过一轮缜密的飞机设计过程后，飞机被确定为：上单翼、前拉式驱动、后三点式起落架布局、型尾翼、矩形机翼和平尾、三角形垂直安定面、半圆形方向舵、升力面镂空和杆式机身；机翼翼型采用相对厚度为0.1的平板翼。最终，飞机CAD电子图纸被转换为三维打印机识别的STL格式。

    此次三维打印的微型飞机为固定翼，红外遥控，遥控范围20米左右，适于室内飞行，可平放于掌心。该飞机的特点可概括为两个字，“小”和“轻”。飞机翼展仅为28厘米，机身长度26厘米，起飞重量约18克，使用螺旋桨的直径为11厘米。飞机的方向舵驱动采用自行研制的微型小电磁舵机；舵机的磁芯为圆柱形的钕铁硼强力小磁铁，柱状磁铁的直径仅为3毫米，舵机线圈内径为4毫米；单个舵机总量仅为0.3克。飞机动力为重量3克的3.7伏可充电的小锂电池；发动机使用6毫米直径的有刷小电机，通过减速齿轮减速后可为飞机提供约15克的拉力。

    据实验室沈海军教授介绍，此次同济大学三维打印微型飞机成功试飞，在国内尚属首例，它展示了3D打印技术在微小飞机设计与制造领域上应用的可行性。