德國(guó)高校電動(dòng)飛機(jī)研發(fā)的“數(shù)字慧眼”：高精度三維掃描技術(shù)構(gòu)建數(shù)字孿生模型

應(yīng)用案例

2025.12.15

在全球追求可持續(xù)交通與綠色航空的趨勢(shì)下，電動(dòng)飛機(jī)以其零排放、低噪音的潛力，成為航空業(yè)脫碳與創(chuàng)新的前沿焦點(diǎn)。然而，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)飛機(jī)的商業(yè)化應(yīng)用，仍需在多個(gè)性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

德國(guó)亞琛應(yīng)用技術(shù)大學(xué)正致力于攻克這一難題，他們通過(guò)先臨三維的三維掃描技術(shù)，構(gòu)建高精度的飛機(jī)數(shù)字模型，為電動(dòng)飛機(jī)的深度優(yōu)化鋪設(shè)一條數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新跑道。

- 點(diǎn)擊視頻查看詳情 -

大尺寸工件復(fù)雜曲面測(cè)量困境

在飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，螺旋槳、機(jī)翼、襟翼等關(guān)鍵部件的幾何形態(tài)直接影響飛行性能和噪聲水平。為了進(jìn)行精確的氣動(dòng)仿真與聲學(xué)分析，研究團(tuán)隊(duì)需要獲取這些部件的完整三維數(shù)據(jù)，尤其是螺旋槳葉片復(fù)雜曲面的形狀。

面對(duì)具備復(fù)雜曲面的大尺寸航空部件，傳統(tǒng)的手工測(cè)量方式難以滿足精度要求，而三坐標(biāo)等量具無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)快速完成測(cè)量。因此，亟需一種既能保證測(cè)量精度，又具備高度靈活性的三維數(shù)據(jù)采集方案。

為此，亞琛應(yīng)用技術(shù)大學(xué)聯(lián)合先臨三維，引入FreeScan Trak Nova雙核無(wú)線跟蹤激光三維掃描系統(tǒng)。這款設(shè)備掃描過(guò)程中無(wú)需粘貼標(biāo)志點(diǎn)，且采用無(wú)線設(shè)計(jì)，擺脫電纜束縛，能夠?qū)崿F(xiàn)0.02毫米的測(cè)量精度，完美匹配項(xiàng)目對(duì)精度與靈活性的雙重需求。其碳纖維材質(zhì)打造的輕量化機(jī)身，掃描頭僅重1.3KG，為現(xiàn)場(chǎng)操作提供了極大便利。

FreeScan Trak Nova雙核無(wú)線跟蹤激光三維掃描儀掃描飛機(jī)

從數(shù)據(jù)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(chuàng)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(dòng)飛機(jī)的掃描任務(wù)中，可以先使用大幅面激光手持三維掃描快速獲取全局?jǐn)?shù)據(jù)，再使用便攜式跟蹤三維掃描完善局部細(xì)節(jié)特征，兩次掃描的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)融合。如此能夠同時(shí)滿足大型工件三維數(shù)據(jù)獲取時(shí)效率要求和細(xì)節(jié)精細(xì)還原需求。

FreeScan Trak Nova的跟蹤儀快速獲取電動(dòng)飛機(jī)的全局三維數(shù)據(jù)

FreeScan Trak Nova的跟蹤儀可以單獨(dú)作為手持三維掃描儀使用，最大掃描幅面達(dá)2.6m×2.2m，快速獲取電動(dòng)飛機(jī)的全局三維數(shù)據(jù)。

FreeScan Trak Nova無(wú)線跟蹤激光三維掃描儀在駕駛艙等有限空間內(nèi)能夠更加便攜地完成測(cè)量任務(wù)

FreeScan Trak Nova作為便攜式無(wú)線跟蹤激光三維掃描系統(tǒng)，無(wú)需粘貼標(biāo)志點(diǎn)且小巧靈活，在駕駛艙等有限空間內(nèi)能夠更加便攜地完成測(cè)量任務(wù)。

無(wú)線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)靈活作業(yè)

FreeScan Trak Nova的無(wú)線設(shè)計(jì)讓研究人員可自由環(huán)繞飛機(jī)移動(dòng)，完整獲取機(jī)身、螺旋槳、機(jī)翼及襟翼等關(guān)鍵部件三維數(shù)據(jù)。對(duì)于螺旋槳葉片的復(fù)雜曲面，設(shè)備以610萬(wàn)點(diǎn)/秒的掃描速度快速捕捉細(xì)節(jié)，整個(gè)過(guò)程十分便捷高效。

數(shù)據(jù)無(wú)縫銜接仿真流程

掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)入CAD軟件及仿真工具，包括亞琛應(yīng)用技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的PropCODE軟件，以及行業(yè)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(shí)幾何數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果更加貼近現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，有效提升了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

高精度三維掃描技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

亞琛應(yīng)用技術(shù)大學(xué)通過(guò)三維掃描獲取電動(dòng)飛機(jī)的高精度3D模型，其價(jià)值遠(yuǎn)不止于單次設(shè)計(jì)優(yōu)化，研究團(tuán)隊(duì)借此實(shí)現(xiàn)了多方面突破：

構(gòu)建精準(zhǔn)數(shù)字孿生：為電動(dòng)飛機(jī)原型創(chuàng)建了一個(gè)精確的數(shù)字復(fù)制品。這個(gè)數(shù)字孿生體不僅是用于仿真的模型，更是一個(gè)可隨實(shí)體飛機(jī)同步“成長(zhǎng)”的動(dòng)態(tài)檔案。研究人員能夠持續(xù)追蹤實(shí)體飛機(jī)發(fā)生的物理變化，為未來(lái)測(cè)試、檢修或重新設(shè)計(jì)提供參考基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)高效驗(yàn)證與改進(jìn)：對(duì)于后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化或維修調(diào)整的效果，研究團(tuán)隊(duì)可通過(guò)數(shù)字對(duì)比進(jìn)行量化驗(yàn)證，無(wú)需完全依賴成本高昂且周期漫長(zhǎng)的物理風(fēng)洞測(cè)試。

支撐可持續(xù)創(chuàng)新研發(fā)：基于持續(xù)更新的高精度數(shù)字模型，研究團(tuán)隊(duì)可以不斷開(kāi)發(fā)和測(cè)試面向可持續(xù)飛行的新設(shè)計(jì)、新材料方案，形成“設(shè)計(jì)-掃描-仿真-優(yōu)化”的閉環(huán)研發(fā)流程。

FreeScan Trak Nova以高精度、高效率、便攜性等優(yōu)勢(shì)，打破了傳統(tǒng)測(cè)量方式的局限，將電動(dòng)飛機(jī)的物理實(shí)體轉(zhuǎn)化為可深度分析、迭代優(yōu)化的數(shù)字資產(chǎn)。亞琛應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的實(shí)踐，印證了先臨三維的高精度三維掃描技術(shù)在民用航空研發(fā)領(lǐng)域的價(jià)值。先臨三維也將繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，助力全球航空產(chǎn)業(yè)邁向更加智能、綠色、高效的未來(lái)。