翼展達2.1米重量僅856g，同濟大學(xué)連續(xù)纖維3D打印無人機試飛成功

來源：同濟大學(xué)

2024年7月，同濟大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院先進復(fù)合材料設(shè)計與制造團隊、飛行器設(shè)計與制造團隊聯(lián)合中國商飛上海飛機設(shè)計研究院追風(fēng)工作室，成功應(yīng)用連續(xù)碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)制造的國內(nèi)首架全碳纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)驗證機“同飛一號”試飛成功，驗證機飛行平穩(wěn)。該驗證機采用鴨式后掠翼布局，翼展達2.1米，起飛重量僅1400g。這不僅顯示了連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)在無人機領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，也標志著同濟大學(xué)在輕量化復(fù)合材料無人機快速制造領(lǐng)域的探索取得實質(zhì)性進展。

碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料是當前國內(nèi)外飛機結(jié)構(gòu)的主要用材，具有輕質(zhì)、高比強度和比剛度的特點。采用連續(xù)碳纖維增強復(fù)合材料3D打印技術(shù)制造無人機部件，保證了輕量化無人機復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的快速成型。

同濟大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院李巖教授科研團隊在國家重點研發(fā)計劃項目“大幅面纖維增強熱塑性復(fù)合材料增材制造技術(shù)與裝備”資助下，圍繞大幅面復(fù)雜連續(xù)纖維增強復(fù)合材料增材制造技術(shù)和裝備，開展基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。本次驗證機是該項目階段性成果在飛行器領(lǐng)域的驗證，基于追風(fēng)工作室的“天工”飛行平臺，采用提出的基于連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印制造約束拓撲優(yōu)化設(shè)計方法，設(shè)計了機身結(jié)構(gòu)及零部件，并基于自主開發(fā)的連續(xù)纖維復(fù)合材料多軸機械臂3D打印系統(tǒng)制造了驗證樣機的主體結(jié)構(gòu)（包括撐桿、蒙皮、機翼、翼肋、翼梁、副翼、尾翼和前翼等），實現(xiàn)了飛行器的大幅減重（結(jié)構(gòu)重量僅856g），為有效載荷預(yù)留出了更多的重量空間。

△連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印鴨式后掠翼技術(shù)驗證樣機

△2.1m翼展的主機翼碳纖維3D打印骨架

在飛行試驗中，該驗證機在機動性、耐用性、響應(yīng)速度、飛行安全性和飛行穩(wěn)定性等飛行性能方面均表現(xiàn)出色，充分顯示了該技術(shù)在無人機制造領(lǐng)域的優(yōu)勢和潛力。該架連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)驗證機的成功試飛，展示了同濟大學(xué)在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)的創(chuàng)新能力，也為未來輕量化無人機的設(shè)計和制造提供了新的思路和方法。