GKN通過3D打印開發(fā)新型渦輪排氣模塊,，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率

2022年10月14日,，南極熊獲悉,，作為歐盟Clean Sky-2 EMVAL項(xiàng)目的一部分,，制造公司吉?jiǎng)P恩（GKN）航空航天公司已經(jīng)生產(chǎn)并向德國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)公司MTU交付了一個(gè)3D打印渦輪排氣模塊,。作為仍在開發(fā)中的小型發(fā)動(dòng)機(jī)版本,，這款新部件比現(xiàn)有的同類產(chǎn)品輕五分之一,，總體上更有效率，同時(shí)在150°C下運(yùn)行,，這一切都?xì)w功于3D打印技術(shù),。

吉?jiǎng)P恩渦輪機(jī)排氣模塊的3D打印技術(shù)

渦輪機(jī)排氣模塊的關(guān)鍵是渦輪機(jī)排氣箱（TEC），它處理來自低壓渦輪機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣,，對(duì)其進(jìn)行冷卻和傳輸,。TEC必須盡可能有效地輸送這些高溫氣體，因此需要高強(qiáng)度和耐高溫的材料,，以及優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，GKN轉(zhuǎn)向了金屬增材制造,，對(duì)TEC的大部分進(jìn)行3D打印,，以減輕重量并優(yōu)化其葉片設(shè)計(jì)。

吉?jiǎng)P恩航空航天公司的技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理拉爾斯-埃布蘭特（Lars Ellbrant）說："這種示范項(xiàng)目對(duì)吉?jiǎng)P恩航空航天公司來說絕對(duì)是至關(guān)重要的,，因?yàn)樗�可以與國(guó)際合作伙伴一起使用完整的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試,，在高TRL水平（TRL 5-6）上驗(yàn)證我們的新技術(shù)。

△Clean Sky-2項(xiàng)目

Clean Sky-2計(jì)劃的目的是開發(fā)更多的可持續(xù)航空技術(shù),，花費(fèi)超過40億美元,，使歐洲在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。它也是對(duì)歐洲航空制造業(yè)的一種刺激,，聯(lián)合了從空客、霍尼韋爾,、漢莎技術(shù)公司到賽峰集團(tuán)和西門子的眾多航空企業(yè),。具體的目標(biāo)似乎是雄心勃勃的：提高飛機(jī)燃油效率，減少20-30%的二氧化碳排放,，減少20-30%的氮氧化物和噪音排放,。

整個(gè)計(jì)劃涵蓋了大量的內(nèi)容,，但是，最終的落腳點(diǎn)還是發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,。就目前而言,，飛機(jī)3D打印領(lǐng)域的很多注意力都集中在渦輪葉片以及支架等部件上，但還有很多地方需要優(yōu)化,。

一般來說,，如果我們看一下渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，如上圖所示,，我們已經(jīng)可以看到,，當(dāng)空氣流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，有很多事情正在發(fā)生,。氣流的任何優(yōu)化都可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,。如果燃燒或氣流可以被精簡(jiǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以獲得更高的效率,。這也可以通過使部件（如葉片）更輕來實(shí)現(xiàn),。任何用增材制造進(jìn)行的部件整合同樣可以以某種方式優(yōu)化能量的流動(dòng)。

大規(guī)模的航空3D打印

吉?jiǎng)P恩已經(jīng)在3D打印方面進(jìn)行了大量投資,，與Conflux,、Additive Industries、惠普和其他公司合作,。GKN是一家重要的航空航天公司,，參與了A350XWB、F35閃電等項(xiàng)目的航空結(jié)構(gòu)和推進(jìn)工作,。吉?jiǎng)P恩已經(jīng)收購了Forecast3D,，總體而言，它是增材制造領(lǐng)域的一個(gè)大玩家,。然而,，它只有大約90億英鎊的收入，在航空航天領(lǐng)域是一個(gè)相對(duì)的小魚,。它在這個(gè)項(xiàng)目中的客戶,，德國(guó)MTU航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，也是一個(gè)強(qiáng)大的公司,，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域有40億美元的收入,，但商業(yè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的價(jià)值約為800億美元，據(jù)說維修市場(chǎng)要大七倍,。同時(shí),，軍用航空是一個(gè)額外的500億美元的市場(chǎng)。

在商業(yè)領(lǐng)域,，最大的供應(yīng)商是CFM,，它是GE和賽峰集團(tuán)的合資企業(yè),。普拉特-惠特尼（Pratt-Whitney）公司排名第二，其次是通用電氣（GE）,，然后是勞斯萊斯,。在某些情況下，如GEnx項(xiàng)目,，GE與合作伙伴共同參與一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目,。例如，MTU擁有GEnx的6.5%股份,。同時(shí),，GE9X項(xiàng)目是75%的GE公司和25%的IHI公司、斯奈克瑪和Techspace Aero（賽峰集團(tuán)）以及MTU公司共享,。

IHI還為羅爾斯-羅伊斯的特倫特項(xiàng)目生產(chǎn)零件,。A380發(fā)動(dòng)機(jī)GP7000的維護(hù)工作將由MTU在德國(guó)完成。部分維護(hù)工作被外包給Kota Damansara,，這是一家MTU和漢莎技術(shù)公司在馬來西亞的合資企業(yè),。GP7000本身是由發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟開發(fā)的，它是通用電氣和普惠公司的合資企業(yè),。

然后,，PW1100G-JM是普惠公司為空客A320 neo開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)，由普惠公司與合作伙伴MTU和日本航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司開發(fā),。日本航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司則是川崎重工,、IHI和三菱重工的合資企業(yè)。日本航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司還參與了通用電氣GEnx,、羅爾斯-羅伊斯Trent 1000,、通用電氣Passport 20和通用電氣GE9X的開發(fā)。它也是國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司的一部分,，該公司有普拉特和MTU作為其合作伙伴,。

發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)是一個(gè)由合作者和競(jìng)爭(zhēng)者交織而成的結(jié)構(gòu)，他們共同致力于這個(gè)世界上一些技術(shù)要求最高的項(xiàng)目,。通用電氣有個(gè)別的多年維修協(xié)議,，其價(jià)值超過了整個(gè)3D打印行業(yè)的收入。在2022年初,，它與卡塔爾達(dá)成了68億美元的GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)交易,。CFM已經(jīng)為其LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)成了超過1510億美元清單價(jià)格的交易。在發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的這種復(fù)雜性和交易中,，MTU與吉?jiǎng)P恩的合作被視為是他們加強(qiáng)個(gè)人能力和合作能力的一種方式,。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的任何微小的優(yōu)勢(shì)都會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)的開發(fā)和建造需要花費(fèi)數(shù)十億美元，需要來自世界各地的資本,。零件在全世界范圍內(nèi)制造，風(fēng)險(xiǎn)是共同的,。航空公司,，通常由政府擁有，然后挑選發(fā)動(dòng)機(jī)并簽訂維修合同,。贏得這些合同不僅對(duì)公司的利潤(rùn)有很大影響,，而且對(duì)當(dāng)?shù)氐墓�業(yè)區(qū)也有影響。如果合同的結(jié)果相反,，可能會(huì)創(chuàng)造或失去許多就業(yè)機(jī)會(huì),。這反過來又會(huì)對(duì)政治家和當(dāng)?shù)氐貐^(qū)產(chǎn)生影響。這確實(shí)意味著質(zhì)量不是你下一個(gè)引擎的唯一考慮因素,。從正面看,，這些公司都有很強(qiáng)的能力，都有追求最高質(zhì)量的目標(biāo),。質(zhì)量系統(tǒng)和分析在他們的存在中起著重要作用,。作為一個(gè)行業(yè)，我們只能希望我們能一點(diǎn)一點(diǎn)地被引入,，成為大型引擎游戲中的一個(gè)主要成功因素,。