シミュレーション技術を使用して、オープン 3D プリントドローンブレードの剛性に対する圧力場の影響を計算する方法

著者: Li Xinlu 出典: Anshi Asia Pacific

今日の科学技術は急速に発展しています。3D プリント技術とドローン技術はどちらも、今日の技術発展における輝く真珠です。では、3Dプリント技術とドローン技術を組み合わせることで、どのような火花が生まれるのでしょうか？ Dedi は業界に完全な答えをもたらしました。Dedi の 2 つの革新的な組み合わせにより、オープン 3D 印刷テクノロジー (OAM) の概念が提唱されました。

このオープン3Dプリンティング技術（OAM）の基本原理は、専用のドローンを印刷ノズルのキャリアとして使用し、ドローンの飛行を制御することで印刷ルートを制御することです。この技術は、非常に高い印刷精度を維持しながら、従来の3Dプリンターの印刷空間範囲の制限を打ち破り、大型部品の直接3D印刷を実現できます。この技術は、特に大規模な建物、宇宙設備、潜水艦の建設などのシナリオにおいて、将来的に幅広い用途に応用されるでしょう。

オープンプリンティングのコアコンポーネントとして、ドローンの制御精度は印刷部品の精度と印刷効果に直接影響します。同時に、UAV の設計では、ブレードの設計が UAV の流れ場解析と UAV によって得られる揚力にとって重要です。ブレードは UAV の流れ場の作用を受けて変形し、ブレードの変形は UAV の流れ場に影響を与え、UAV の飛行姿勢と制御精度に影響を与えます。

今号の添加剤コラムでは、CAE シミュレーションを使用して、飛行中の UAV によって生成される圧力場が UAV ブレードの変形にどのように影響するかを調査し、圧力場と UAV ブレードの変形の関係を明らかにします。

UAV ブレード形状モデル<br /> UAV モデルを図 1 に示します。UAV 全体の構造は比較的複雑で、主に 6 つのローター、保護カバー、アームのほか、着陸装置、ブラケット、プラットフォーム、印刷ノズルなどのデバイスが含まれています。

図 1 6 ローター UAV の幾何学的構造モデル研究対象はブレードであるため、圧力場がブレードの変形に与える影響を迅速に得るためには、UAV モデル全体を考慮する必要はなく、単一のローター上のブレードのみを考慮する必要があります。同時に、UAV の単一ローターのブレードモデルは、主にブレードモーターの面取りなどの重要でないモデルの詳細を削除することによって簡素化されました。単一ローターブレードの幾何学的デジタルモデル構造を図 2 に示します。

図2 6ロータードローンの単一ローターブレードの幾何学モデル
UAVブレード剛性シミュレーションモデルの構築<br /> ジオメトリ全体をクリーンアップした後、Workbench を使用して単一のローターブレードをメッシュ化します。メッシュモデルでは、高次の四面体ユニットを使用します。モデル全体には、合計 224,000 個のユニットと 355,000 個のノードがあります。単一のローターブレードのメッシュモデルを図 3 に示します。

図3 単一ローターブレードのメッシュモデルまず、UAVの流れ場を解析して、さまざまな回転速度でのUAVの圧力場を取得します。詳細については、図4を参照してください。この論文では、計算のためにブレードの最大回転速度（7000RPM）での圧力場を選択します。次に、流体シミュレーションによって得られた圧力場を機械全体の構造モデルにインポートし、剛性解析を行う。構造解析における機械全体の圧力場分布を図5に示す。

図4 流れ場におけるドローン全体の圧力分布（7000RPM）
図5 構造解析におけるUAVの圧力分布図（7000RPM） UAV全体から正X方向のローター機構をインターセプトして、ブレードの等価剛性解析を実行しました。UAVブレードの等価剛性の負荷とその圧力場分布を図6に示します。同時に、図7に示すように、ブレードモーターの底部に固定拘束が適用されます。

図6 ブレード圧力場分布

図7 オープンプリントUAVブレードの剛性に対するブレード境界条件設定圧力場のフローチャートを図8に示します。

図8 ブレード剛性解析のフローチャート
計算結果と分析<br /> UAV ブレードの全体的な変形とさまざまな方向の変形クラウドマップを図 9 ～ 12 に示します。圧力場下におけるUAVブレードの変形解析により、最大速度時の圧力場におけるブレードの全体的変形は7.997e-3mmであることがわかります。個々の部品の変形の観点から見ると、Z方向の変形が支配的で、X方向とY方向の変形は非常に小さいです。しかし、全体的な観点から見ると、圧力場はブレードの変形にほとんど影響を与えず、基本的に無視できます。

図9 ブレードの全体的な変形

図10 ブレードのZ軸変形図11 ブレードのX軸変形

図12 ブレードのY軸変形

著者：李新禄は、自動車工学の修士号を持ち、自動車業界でのCAEシミュレーション解析で10年以上の経験があります。国内の完成車や部品のシミュレーション解析コンサルティングプロジェクトに多数参加・実施し、エンジニアリングシミュレーション解析プロジェクトで豊富な経験を積んでいます。自動車業界の構造CAE解析、車両衝突解析、乗員拘束システム解析、NVH解析、新エネルギー車バッテリーパックのCAE解析を専門としています。同時に、現在は主にいくつかの付加的設備構造シミュレーション解析プロジェクトに携わっています。

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