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我国首创3D打印叶片技术,航空发动机性能大提升,已严禁对外出口

发表时间:2021-01-24 15:08

     从上个世纪40年代中后期开始,各国都在进行喷气式发动机的研发工作,美国、苏联和英国成为了该领域的佼佼者。截至到目前为止,上述三国一共研发了近20多款类型涡扇发动机,包括为战斗机研发的小涵道比涡扇发动机和运输机、客机研发的大涵道比涡扇发动机。


     而我国的航空业发展时间较晚,技术不统一,提升起来相对困难。但经过我国科研人员的不断努力,现在我国已开始在航空发动机领域开始发力。WS-10B、WS-13E这两款小涵道比涡扇发动机相继问世;五代隐形战斗机配套开发的WS-15发动机也已进入最后研发阶段,预计将于2022年左右正式进行首飞试验。


     对于航空发动机来说,最关键的部件就是机内风机叶片。叶片的研制成果直接影响着飞机的性能。而我国航空发动机领域能够取得如此巨大的进步,主要也是因为单晶叶片技术的突破。


     如果要实现发动机推力的增加,最直接的方法就是提高发动机进气口的温度,而当温度升高时,风扇的单晶叶片需要承受超过2000度的高温,和数十个大气压的高压。一个小的涡轮叶片(几十毫米大小)在运转时能承受相当于5辆皮卡的重量!十多克重的涡轮叶片对涡轮盘的离心拉力可达上万公斤!这也就非常考验单晶叶片的稳定性和可靠性。


     目前,单晶叶片制造工业采用的是失蜡法铸造,就是用蜂蜡构成叶片的零件外形,然后用耐火材料填充空隙构成外部模型,最后将高温液态金属从模型的缝隙处倒入,等蜂蜡融化流出后,零件彻底冷却就是单晶叶片了。


     但这种方法有两个致命的缺点:产量低、成品率低。即使是全球航空工业技术最先进的英国劳斯莱斯公司也仅仅只能保证每周生产2台EJ-200涡扇发动机。不过,现在这个问题正被无数工程师们慢慢改变,我国首创的3D打印叶片技术就是单晶叶片的革命性突破。


     目前,这项技术已开始在国产飞机上大规模应用,包括五代隐形战机和运-20型大型运输机。为防止技术泄密,确保其在该领域的领先地位,由科技部和商务部联合发布的《中国禁止出口的技术目录》中,就包括了铸造铣一体化金属3D打印关键技术,可以说,中国在航空发动机领域终于有了可供外国人参考的关键技术。


     相信随着3D打印技术的日趋成熟,我国必将在航空发动机叶片制造方面取得更大的突破,其制造业也将开辟一条独具特色的发展道路,实现真正的逆袭,造福于人类社会。


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