布里奇波特研究为四旋翼飞行器无人机创建和分析3D打印框架

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四旋翼框架组件在分解视图中。

无人驾驶飞行器（UAV），也称为无人驾驶飞机，具有灵活性和弹性，足以从远距离驾驶和监控。无人机具有四个飞行尺寸和六个自由度，用于俯仰，滚转，空间和偏航，可用于各种应用，例如 耕作，记录有关历史考古遗址，摄影， 军事和国防的3D信息，充当在自然灾害和救援行动以及3D打印期间的第一响应者。

多旋翼无人机具有多个固定翼并且具有高水平的机动性，并且基于诸如位置，方向和转子数量的因素进一步分类。来自布里奇波特大学的一对研究人员最近发表了一篇题为“ 3D打印四旋翼框架的设计和分析 ”的论文，详细介绍了他们使用3D打印创建四旋翼无人机框架的工作。

3D打印无人机组件底视图

摘要中写道：“这项研究更多地强调3D打印带有'X'形框架的四旋翼飞行器。我们使用SOLIDWORKS建立了无人机框架的CAD模型，然后; 我们进行了三种类型的有限分析1.静态结构，2。影响分析，和3.模态分析。无人机框架在各种边界条件下进行模拟和分析，如升力，阻力和推力，直到最小位移的优化结果，达到安全系数。我们使用ABS-PC和碳纤维玻璃材料作为灯丝在PRUSA I3 Mk3 3D打印机上打印无人机框架。“

研究人员使用多种约束在SOLIDWORKS中设计了他们的X-framed无人机的CAD模型，包括：

螺旋桨的长度，决定了臂的长度

电机转子直径和电子速度控制器宽度，有助于确定无人机的臂宽

突出的表面区域是机身

他们设计了无人机的臂，将力量从机身转移出去，这有助于电子元件在无人机发生事故或发生故障时保持最小的损坏。无人机的机身是其电子部件的“眼睛”，如接收器，配电板和飞行控制器，两人设计了一个外壳，以便在发生碰撞时保护机身的部件。

他们的无人机机架的尺寸是用碳纤维玻璃和ABS-PC在PRUSA I3 Mk3 3D打印机上3D打印的，尺寸为175.14 x 171.42 x 48.75 x 226 mm。

研究人员解释说，“为了进行有限元分析，确定作用在框架上的力是1.框架的重量和它上面的所有电子元件垂直于地面，2。升力方向是推力之间的结果3.朝向运动方向的垂直起飞，3。螺旋桨和马达朝向运动方向产生的推力和4.以相反的运动方向作用的拖曳力。

应变变形

研究人员在模拟过程中手动计算并应用了作用在3D打印框架上的力，从而得出三个图：Von Mises应力，位移和应变变形。他们能够在无人机坠毁的SOLIDWORKS中运行一系列循环，并通过编译所有收集的数据获得模拟结果。此外，他们还完成了静态结构分析 - 一种称为可塑性的现象 - 通过考虑基于用于制作框架和变形率的材料的非线性分析，并完成3D打印框架的模态分析，以便测量振动电机引起的动态激励。

“获得了具有安全系数2.5的3D打印四旋翼飞行器框架，并且清楚地提到了对框架执行的各种有限元分析并绘制在图中。此外，我们可以3D打印3轴万向节并将其连接到我们的四轴飞行器进行航空摄影。此外，我们可以通过附加少量热成像传感器和气体传感器来升级它们，以测量某些高度的辐射和空气污染，“研究人员总结道。“这显示了3D打印四轴飞行器的主要优势，使它们与市场准备好的无人机截然不同。我们可以通过改变印花长丝来定制它们，使它们可以在任何环境中使用。“

3D打印的无人机组装等轴视图。