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德國高校電動飛機研發的“數字慧眼”:高精度三維掃描技術構建數字孿生模型

應用案例

2025.12.15

      在全球追求可持續交通與綠色航空的趨勢下,電動飛機以其零排放、低噪音的潛力,成為航空業脫碳與創新的前沿焦點。然而,要實現電動飛機的商業化應用,仍需在多個性能指標上實現技術突破。

      德國亞琛應用技術大學正致力于攻克這一難題,他們通過先臨三維的三維掃描技術,構建高精度的飛機數字模型,為電動飛機的深度優化鋪設一條數據驅動的新跑道。

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01
大尺寸工件復雜曲面測量困境


      在飛機設計過程中,螺旋槳、機翼、襟翼等關鍵部件的幾何形態直接影響飛行性能和噪聲水平。為了進行精確的氣動仿真與聲學分析,研究團隊需要獲取這些部件的完整三維數據,尤其是螺旋槳葉片復雜曲面的形狀。

亞琛應用技術大學的飛機


      面對具備復雜曲面的大尺寸航空部件,傳統的手工測量方式難以滿足精度要求,而三坐標等量具無法在現場快速完成測量。因此,亟需一種既能保證測量精度,又具備高度靈活性的三維數據采集方案。

      為此,亞琛應用技術大學聯合先臨三維,引入FreeScan Trak Nova雙核無線跟蹤激光三維掃描系統。這款設備掃描過程中無需粘貼標志點,且采用無線設計,擺脫電纜束縛,能夠實現0.02毫米的測量精度,完美匹配項目對精度與靈活性的雙重需求。其碳纖維材質打造的輕量化機身,掃描頭僅重1.3KG,為現場操作提供了極大便利。

FreeScan Trak Nova雙核無線跟蹤激光三維掃描儀掃描飛機



02
從數據獲取到模擬仿真的高效流程

雙核模式兼顧精度和效率

      FreeScan Trak Nova創新性地融合了便攜式跟蹤三維掃描與大幅面激光手持三維掃描兩種模式,在電動飛機的掃描任務中,可以先使用大幅面激光手持三維掃描快速獲取全局數據,再使用便攜式跟蹤三維掃描完善局部細節特征,兩次掃描的數據可以自動融合。如此能夠同時滿足大型工件三維數據獲取時效率要求和細節精細還原需求。

FreeScan Trak Nova的跟蹤儀快速獲取電動飛機的全局三維數據

FreeScan Trak Nova的跟蹤儀可以單獨作為手持三維掃描儀使用,最大掃描幅面達2.6m×2.2m,快速獲取電動飛機的全局三維數據。

FreeScan Trak Nova無線跟蹤激光三維掃描儀在駕駛艙等有限空間內能夠更加便攜地完成測量任務
FreeScan Trak Nova作為便攜式無線跟蹤激光三維掃描系統,無需粘貼標志點且小巧靈活,在駕駛艙等有限空間內能夠更加便攜地完成測量任務。


無線設計實現靈活作

      FreeScan Trak Nova的無線設計讓研究人員可自由環繞飛機移動,完整獲取機身、螺旋槳、機翼及襟翼等關鍵部件三維數據。對于螺旋槳葉片的復雜曲面,設備以610萬點/秒的掃描速度快速捕捉細節,整個過程十分便捷高效。


數據無縫銜接仿真流程

      掃描獲取的點云數據可直接導入CAD軟件及仿真工具,包括亞琛應用技術大學自主研發的PropCODE軟件,以及行業通用的CFD仿真工具。相比以往基于理想化模型的仿真方式,基于真實幾何數據的仿真結果更加貼近現實狀態,有效提升了預測的準確性。

掃描獲取的點云數據可直接導入CAD軟件及仿真工具

掃描獲取的點云數據可直接導入CAD軟件及仿真工具

掃描獲取的點云數據可直接導入CAD軟件及仿真工具



03
高精度三維掃描技術的應用價值


      亞琛應用技術大學通過三維掃描獲取電動飛機的高精度3D模型,其價值遠不止于單次設計優化,研究團隊借此實現了多方面突破:

  • 構建精準數字孿生:為電動飛機原型創建了一個精確的數字復制品。這個數字孿生體不僅是用于仿真的模型,更是一個可隨實體飛機同步“成長”的動態檔案。研究人員能夠持續追蹤實體飛機發生的物理變化,為未來測試、檢修或重新設計提供參考基礎。

  • 實現高效驗證與改進:對于后續設計優化或維修調整的效果,研究團隊可通過數字對比進行量化驗證,無需完全依賴成本高昂且周期漫長的物理風洞測試。

  • 支撐可持續創新研發:基于持續更新的高精度數字模型,研究團隊可以不斷開發和測試面向可持續飛行的新設計、新材料方案,形成“設計-掃描-仿真-優化”的閉環研發流程。


分隔符




      FreeScan Trak Nova以高精度、高效率、便攜性等優勢,打破了傳統測量方式的局限,將電動飛機的物理實體轉化為可深度分析、迭代優化的數字資產。亞琛應用技術大學的實踐,印證了先臨三維的高精度三維掃描技術在民用航空研發領域的價值。先臨三維也將繼續以技術創新為驅動,助力全球航空產業邁向更加智能、綠色、高效的未來。

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