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案例 | 3D打印在航空航天领域的应用

最近, GE 航空宣布成功完成了 T901-GE-900 涡轮轴发动机原型的测试。本次,GE 航空在 T901 发动机中使用了在 GE 在前代喷气式发动机中使用过的较为成熟的制造技术和高温材料。此外,该发动机中也使用了大量的 3D 打印零部件,这也为它的轻量化设计和性能方面的提升起到了积极的作用。

据悉,本次研发的 T901 发动机是专门为美军的黑鹰和阿帕奇直升机而特别研发的。在发动机的设计方面,研发人员最初的目标是将发动机的动力提高 50 %,燃油效率提升 25 %,并能够大幅降低生产周期成本。

单轴核心架构是 T901 发动机设计的关键,该设计实现了成本效益和战斗所需的灵活的模块化结构。单轴核心意味着压缩机和气体发生器中的所有旋转部件在一个轴上并以相同的速度旋转。相比之下,双轴芯结构是将压缩机分成两个独立的旋转转子,每个旋转转子由同心轴上单独的燃气涡轮机驱动。由于增加的阀芯需要额外的框架、附加轴和附加轴承,这些都增加了发动机的重量和复杂性。重量的增加会使直升机可用的有效载荷减少,同时将这种发动机整合到飞机中也会带来更大的挑战。双轴芯发动机的拆卸难度更大,维护成本更高。

GE 的 T901 发动机凭借卓越的压缩机技术满足了美国军队对于直升机动力性能和维修便捷性的需求, T901 发动机实现了更高的部件效率,改善了失速裕度,达到 3,000 轴马力。

GE 航空表示,通过传统的加工和制造方法,这类零件是由多个经过加工的铸件或锻件通过焊接/钎焊或螺栓连接件组装而成的。增材制造技术使 GE 能够创建更为复杂的零件。在进行 3D 打印零件设计时, GE 采用功能集成的一体式结构,这使得发动机中子部件的数量显著减少。例如, T901 中的某个 3D 打印零件,其原来的设计方式是由 50 多个子部件组装而成的。

GE 通过增材制造技术,减少了对装配部件的需求,从而降低了 T901 发动机的重量。同时,在进行 3D 打印零件设计时,GE 还尝试了更先进的空气动力学形状的设计思路,这对发动机性能、可靠性和耐用性的提升具有积极意义。


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