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身手敏捷的“特工”:新型3D列印“螢火蟲”無人機

美國麻省理工(MIT)的AeroAstro實驗室最近利用3D列印技術研製了一種用於美國空軍的小型無人機, 成為第一款可以在戰鬥機上放飛的無人機。 這種名為“螢火蟲”的無人機的速度可以達到0.8馬赫(約988公里/小時), 不但可以用來獲取有價值的情報, 還可以幫助美軍戰機躲避追蹤, 活脫脫地就是一個無人機“特工”。

當然, 這款由AeroAstro的工程師設計製作的“螢火蟲”無人機跟平時普通的四旋翼飛行器略有不同, 它是類似於狹條形的軟式小型飛機或者小飛艇。 毫無疑問, “螢火蟲”的工程師對無人機的外型以及性能都有著嚴格的要求。 其外型為17英寸長、2.5英寸寬, 而在0.8馬赫的速度下可以飛2到5分鐘。

據MIT的航空航太學教授John Hansman介紹, 從來沒有一種飛行器能以這麼小的體型快速脫離航天器, 它的大小決定了它並不適合渦輪發動機, 而又因為對速度有要求, 因此沒法利用電力驅動,

脈衝式的噴氣發動機也有過熱的問題。

所以, 要滿足美國空軍對於這種無人機的特殊要求, 在設計方面並不是一件容易的事兒。 幸運的是, MIT AeroAstro實驗室的研究人員利用他們的聰明才智找到了解決問題的方法, 從而讓“螢火蟲”變成了現實。

首先研發團隊想到的就是利用3D列印鈦合金技術來為“螢火蟲”設計結構以及外型。 這樣就可以更靈活的方式來緊湊而又高效地設計無人機的主體, 並且通過裡面部署的一個小型的火箭發動機來對無人機進行驅動。

另一個AeroAstro研發團隊需要解決的問題就是無人機的燃料燃燒率問題。 他們需要找到一種方法來減緩3D列印鈦合金無人機“螢火蟲”的燃燒率, 因為一般來說以這個尺寸掛載火箭發動機所裝載的燃料只能飛行幾秒鐘, 而研發人員希望能讓它在0.8馬赫的速度下至少飛幾分鐘。

為了解決這個問題, 研發團隊用高氯酸銨作為推進劑, 並摻入了草醯胺作為燃燒率抑制劑。 這種化學混合結構可以很好地為火焰降溫並且改變火焰結構,

從而減緩燃燒。 最終使其滿足美國軍方要求的至少3分鐘的最低標準。

在無人機的內部結構中分為前後兩部分。 火箭引擎和馬達元件在後部, 而包括有效負載、航空電子元件以及火控系統的電氣設備則在“螢火蟲”的前半部分。 同時後半部分還包括了伸縮式的側翼及尾翼, 以便在必要的時候控制無人機。

據麻省理工AeroAstro實驗室的研發人員介紹, 距離這款類似于火箭和傳統無人機結合體的“螢火蟲”鈦合金3D列印無人機的成品問世, 預計還有一年的時間, 一年之後才能交付美國空軍來對其進行裝備測試。

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