薦讀：北京航空航天大學(xué)徐惠彬校長(zhǎng)公開(kāi)課：打造中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片“金鐘罩”自2015年GE將3D打印的燃油噴嘴應(yīng)用于LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)中后，截止到現(xiàn)在其生產(chǎn)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了十萬(wàn)個(gè)，成為了金屬3D打印在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域量產(chǎn)應(yīng)用的典型案例，同時(shí)也揭開(kāi)了3D打印技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用序幕。

作為世界上推力最強(qiáng)大的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（最大推力能夠達(dá)到60.8噸）GE9X同樣也安裝了多個(gè)3D打印零部件。

GE9X背景簡(jiǎn)介

波音計(jì)劃為其研制777X大型客機(jī)選配合適的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)時(shí)羅羅給出了Trent8115發(fā)動(dòng)機(jī)的選配方案，而GE給出了GE9X的選型。之后GE徑直向波音注資了5億美元用于777X客機(jī)的研制，以換取改型發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商的獨(dú)家授權(quán)。目前GE已生產(chǎn)了八架777X所需的GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)備用發(fā)動(dòng)機(jī)。

技術(shù)參數(shù)

GE9X是世界上最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇直徑達(dá)3.4m，進(jìn)氣道直徑為4.5m，僅比波音767飛機(jī)機(jī)身直徑小20cm，比波音737飛機(jī)機(jī)身直徑大76cm。16個(gè)風(fēng)扇葉片全部采用第四代碳纖維復(fù)合材料。

布置形式為雙轉(zhuǎn)子，1-3-11-2-6，涵道比9.9:1，總壓比60，推重比5.2。其推力可達(dá)470千牛，相較于上一代GE航空發(fā)動(dòng)機(jī)可節(jié)省10%-15%的燃油消耗。

在供應(yīng)鏈的選定上依然延續(xù)了全球采購(gòu)戰(zhàn)略，由法國(guó)的賽峰股份公司為其提供風(fēng)扇機(jī)匣和低壓壓氣機(jī)，日本的IHI公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)低壓渦輪和風(fēng)扇軸，德國(guó)的MTU獲得渦輪中框架的供應(yīng)資格。

3D打印部件

GE9X擁有如此出色的效能，對(duì)3D打印技術(shù)的加持有很大關(guān)系。GE9X上應(yīng)用了304個(gè)3D打印零件，其中包括燃油噴嘴、低壓渦輪葉片、T25傳感器外殼、燃燒室混合器、導(dǎo)流器以及熱交換器。

燃油噴嘴

GE9X的燃油噴嘴與LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴設(shè)計(jì)方案基本相同，每臺(tái)GE9X航空發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)計(jì)有28個(gè)燃油噴嘴，由鈷鉻合金3D打印而成。采用3D打印燃油噴嘴可以解決燃油混合和燃油噴射等問(wèn)題，同時(shí)還可以減少制造成本，提高使用壽命。

低壓渦輪葉片

低壓渦輪葉片的材質(zhì)為T(mén)iAl合金，屬于脆性材料，SLM技術(shù)成形此材料極易出現(xiàn)裂紋缺陷，導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品無(wú)法滿(mǎn)足工程需求，因此選定了適用于脆性材料成形的電子束粉末床技術(shù)制備該型號(hào)葉片。TiAl合金相比傳統(tǒng)的鎳基高溫合金輕50％左右，具有優(yōu)異的比強(qiáng)度，使整個(gè)低壓渦輪機(jī)的重量減少20％，同時(shí)將使GE9X提高了10％的推力，每臺(tái)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝有228片低壓渦輪葉片。

T25傳感器外殼

T25傳感器外殼的材質(zhì)是CoCr合金，GE在GE90發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)開(kāi)始采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)改型零件了，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)將原來(lái)10個(gè)零件合并為1個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，精度提高了30%。目前已經(jīng)超過(guò)400臺(tái)GE90安裝了3D打印的T25傳感器外殼，改型零件是GE首個(gè)獲得FAA認(rèn)證的增材制造的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件。此零部件的生產(chǎn)技術(shù)延續(xù)到了GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)上，每臺(tái)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)有1個(gè)T25傳感器外殼。

燃燒室混合器

燃燒室混合器的作用是將空氣和燃油充分混合，并將混合物送入燃燒室燃燒產(chǎn)生動(dòng)力。

每個(gè)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)有1個(gè)燃燒室混合器，由鈷鉻合金3D打印而成。采用3D打印技術(shù)的燃燒室混合器可以減少6%的重量，使用壽命提高了3倍，同時(shí)減少了零件間的差異。

導(dǎo)流器

導(dǎo)流器內(nèi)部擁有復(fù)雜的氣體流道，作用是減少冷卻空氣的殘留，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。

導(dǎo)流器材質(zhì)為CoCr合金，通過(guò)3D打印技術(shù)將原先13零件組成的結(jié)構(gòu)優(yōu)化成1個(gè)整體構(gòu)件，使用壽命提升了2倍，每臺(tái)GE9X上裝有8件導(dǎo)流器零件。

熱交換器

GE9X上安裝的3D打印熱交換器具有完全不同于傳統(tǒng)換熱器的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)計(jì)有復(fù)雜的流道，充分利用了增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高了設(shè)計(jì)的自由度。

每臺(tái)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)安裝有1個(gè)熱交換器，由鋁合金3D打印而成。熱交換器是由原來(lái)的163個(gè)零件整合設(shè)計(jì)為一個(gè)，重量減輕了40%，生產(chǎn)成本減少25%，并提高了使用壽命。