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盘点3D打印技术在飞机发动机上的应用

夜隼008
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航空工业在上个世纪80年代就开始使用增材制造技术,之前增材制造在航空制造业只扮演了做快速原型的小角色。最近的发展趋势是,这一技术将在整个航空航天产业链占据战略性的地位。由于增材制造所具有的极大灵活性,未来的飞机设计可以实现极大的优化,更加仿生力学的结构。

根据波音的预测,2015年到2034年,市场上对新飞机的需求量达到3万8千多架,其中亚太区域就占据了1万4千多架的需求量。

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本期,我们梳理3D打印在飞机发动机领域的应用进展。

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微涡轮发动机

赛峰集团

由镍基合金X制成的喷嘴是Leonardo AW189型直升机的辅助动力装置(APU)的核心部件之一,已被欧洲航空安全局(EASA)认证。 3D打印喷嘴安装在赛峰集团设计的eAPU60微型涡轮发动机上,以满足推重比高和结构紧凑的需求。 e-APU60能够提供60kWe功率,能够保证发动机的电力起动(在地面或者空中停车状态)和座舱加热。 e-APU60的典型特征包括:更优的功率重量比,出色的紧凑性,流线型结构和基于创新科技的高压力循环,高可靠性保证,低使用费用和出色的性能。

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宽体客机发动机

罗罗

空客A350-1000用的是XWB-97发动机,XWB-97看起来非常像A350-900的XWB-84发动机,可产生97000磅的推力。提升的推力主要来自新型高温涡轮技术,结合了更新的发动机的核心技术以及更大风量的风扇来实现的。这一切的实现归根结底是使用了先进的空气动力学技术,以及3D打印零部件。3D打印的镍金属结构件是一件直径1.5米、厚0.5米的前轴承座,含有48个翼面。

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GE

GE 的T25传感器壳体得到了美国联邦航空局的认证,这是GE 航空首个3D打印的金属零部件。2015年4月T25传感器壳体首次用在飞机发动机中,目前已被安装在超过400个GE90-94B发动机中。该零部件处于飞机发动机高压压缩机的入口处,T25 传感器负责为发动机控制系统提供压力和温度的测量数据。GE90-94B发动机可以为波音777宽体飞机提供动力。

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3D打印技术使得GE的工程师对传感器外壳的几何形状进行优化设计和生产,使外壳能够更好地保护传感器上的电子不受具有潜在破坏性的气流和结冰的影响。GE 航空GE90/GE9X项目的负责人曾表示,通常使用铸造等传统制造方式研发这样一个零部件需要几年的时间,而3D打印技术的使用让产品开发周期缩短了一年的时间。

窄体客机发动机

GE

2010年空客将GE生产的LEAP-1A发动机作为A320neo飞机的选配,LEAP发动机中带有3D打印的燃油喷嘴。2015年5月19日,A320neo飞机首飞成功。装有LEAP 发动机的A320neo 获得欧洲航空安全局(EASA)的认证和美国联航空管理局(FAA)的认证。

喷油嘴的设计可以避免“开锅”,或者是油嘴部位积碳。 GE声明该结构的喷油嘴几何形状只能通过增材制造的方法来生产。3D打印的燃油喷嘴不仅仅是一个整体式的部件,与上一代产品相比,重量还降低了25%,耐用性超过上一代产品的5倍。GE的工程师表示在喷气式发动机的研发中,复杂零件的研发成本是昂贵的,但是增材制造技术的进入使成本有所下降,解除了多年来研发团队为高昂的研发成本所承受的压力。

GE称含3D打印零件的LEAP引擎为GE带来了310亿美金的订单。 CFM国际公司是GE航空和赛峰飞机发动机公司的合资公司,正在生产先进的LEAP引擎,该引擎正在安装在空中客车公司和波音新型的窄体商用客机上。发动机上复杂的3D打印燃油喷嘴有助于LEAP燃料燃烧和排放减少15%。

涡浆发动机

GE

涡轮螺旋桨飞机通常为小型商业飞行器和个人飞机提供动力,但这仍然代表着数十亿美元的市场。2016年,GE就已经对一台35%零部件都采用增材制造的演示验证发动机进行了测试。该发动机主要用于验证增材制造技术在先进涡桨(ATP)发动机的适用性,ATP发动机将为德事隆最新研制的Cessna Denali单引擎涡桨飞机提供动力。

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GE 3D打印的ATP飞机发动机将在今年运行,这款发动机为高级涡轮螺旋桨飞机(ATP)提供动力,基于3D打印技术特点,设计师将855个独立部件减少到12个,结果,超过三分之一的引擎是由3D打印完成的。

GE卡梅里工厂主要使用20台Arcam设备。通过电子束融化铝钛(TiAl)合金,这比镍基合金轻百分之五十。此外,工厂还尝试打印GE9X发动机低压涡轮喷气发动机的叶片。卡梅里制造的叶片将被安装到先进的涡轮螺旋桨发动机部件(ATP-advanced turboprop engine)里面。

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