コスト削減と飛行効率の向上！研究者は4D複合印刷を利用してドローンの翼を改良する

2022年5月26日、アンタークティックベアは、コネチカット大学（コンコルディア大学）の研究者が、無人航空機（UAV）とドローンの翼をよりコスト効率よく、より効率的にできる新しい4D複合材料印刷方法を提案したことを知りました。
航空業界でドローンがますます重要になるにつれ、業界はパフォーマンス効率を向上させながら経費を削減するというプレッシャーにさらされています。そのために、コンコルディア大学のチームは、これらの目標を達成できる可能性のある実験的な 4D 複合印刷技術の概要を説明する新しい論文を発表しました。「私たちの研究結果は、この翼を使ったドローンが小型または中型の車両に十分な積載量を提供できることを示している」とコンコルディア大学複合材料センター所長のスオン・ホア氏は語った。
△4D複合プリントドローン翼
3Dプリントドローン<br /> ドローンは比較的新しい市場ですが、航空業界では勢いを増しています。過去数年間、付加製造技術は、ドローン向けに最適化されたコンポーネントを低コストで設計および製造するために使用されてきました。
例えば、金属3Dプリンター開発企業のティトミックは、2018年にTAOVとドローン兵士システムとセンサーの製造に関する契約を締結し、翌年にはティトミック・キネティック・フュージョン（TKF）技術を使用して、同社が世界最大であると主張する3Dプリントチタン合金ドローンを開発した。
これに続いて、金属3Dプリンター開発プロジェクトAeroswiftは、大型チタン製ドローン機体の3Dプリントに成功し、一方、Kongu School of Engineeringのエンジニアは、秘密軍事作戦中に捕獲を逃れることができるBluetooth制御の小型ドローンを積層製造した。
最近、RF製品開発企業のOptisysは、宇宙で使用できるアンテナやレーダー部品など、高高度ドローン向けの新世代の3Dプリント軽量部品を発表しました。 3月、ハイパーソニックス・ローンチ・システムズは、3Dプリント技術を使用した水素燃料ドローンの開発資金としてオーストラリア政府から295万ドルの助成金を受けた。
△ティトミック社のチタン合金製無人航空機（UAV）。画像はTitomicより。
より安価で効率的なドローン<br /> 航空業界は、航空機の環境への影響を減らすよう求める圧力と監視の高まりに直面しており、研究者は部品の効率を高めながらコストを削減する方法を絶えず模索しています。
コンコルディアチームの研究論文は、ドローンの翼の製造コストを下げ、飛行効率を高める方法に焦点を当てている。特に、チームは、主翼本体に取り付けられた一般的なヒンジ式翼フラップに代わる、ドローン用の適応型コンプライアント後縁（ACTE）モーフィング翼を作成するための新しい方法を模索しました。
研究チームは、ホア氏が開発した4D複合印刷技術を活用した。 4D プリンティングとは、3D プリントされたオブジェクトが水や熱などの刺激を受けて別の構造に変化することを指します。最初の 3D プリントは平らな表面で行われ、その後、刺激にさらされて反応が起こり、表面の形状が変化します。
△コンコルディア複合材センター所長スオン・ホア氏。写真提供：コンコルディア大学。
ホア氏の複合 4D 印刷技術は、わずか 10 ミクロンの厚さの樹脂層で保持された細長い曲線の組み合わせに依存しています。 4D プリンターは、樹脂を 90 度の角度で極薄層に印刷し、それを 180 ℃ のオーブンで圧縮して硬化させます。その後、構造体は 0 ℃ まで冷却され、硬いが脆くない物体が生成されました。

この印刷技術により、研究者は翼の上面と下面の間に挟まれる均一な曲率を持つ材料部分を作成することができました。その結果、この素材は柔軟性がありながら、飛行中の最適な操縦性のために翼に必要な 20 度の変形をサポートできるほどの強度を備えています。
結果として得られる ACTE モーフィングウィングは、平らな上部スキンと下部スキン、および 4D 複合印刷された波形コアで構成されます。この翼は空気力学と気流分離特性を改善し、最終的には燃費向上につながると言われている。
「飛行中に簡単に形を変えられる翼を持つというアイデアは、固定翼航空機に比べて大きな利点となるだろう」とホア氏は語った。
この論文はドローンやUAVの翼を大幅に改良するという説得力のある主張をしているが、ホア氏は、4D複合材印刷はより便利な輸送を可能にするため、他の方向でも可能性を見出している。現在、翼の分析、設計、製造、テストをさらに改良するための作業が進行中です。
この研究の詳細については、Composite Structures誌に掲載された「複合材の4Dプリントで作られた波形コアを使用した無人航空機用の新しい柔軟な翼コンセプトの開発」という論文をご覧ください。この研究の共著者は、S. Hoa、M. Abdali、A. Jasmin、D. Radeschi、V. Prats、H. Faour、B. Kobaissi です。

関連論文リンク: https://www.sciencedirect.com/sc ... 22002380?via%3Dihub

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