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薦讀：北京航空航天大學徐惠彬校長公開課：打造中國航空發(fā)動機葉片“金鐘罩”自2015年GE將3D打印的燃油噴嘴應用于LEAP發(fā)動機中后，截止到現(xiàn)在其生產(chǎn)數(shù)量已經(jīng)超過了十萬個，成為了金屬3D打印在航空發(fā)動機領(lǐng)域量產(chǎn)應用的典型案例，同時也揭開了3D打印技術(shù)在航空發(fā)動機領(lǐng)域的應用序幕。

作為世界上推力最強大的噴氣發(fā)動機（最大推力能夠達到60.8噸）GE9X同樣也安裝了多個3D打印零部件。

GE9X背景簡介

波音計劃為其研制777X大型客機選配合適的航空發(fā)動機，當時羅羅給出了Trent8115發(fā)動機的選配方案，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客機的研制，以換取改型發(fā)動機供應商的獨家授權(quán)。目前GE已生產(chǎn)了八架777X所需的GE9X發(fā)動機和兩臺備用發(fā)動機。

技術(shù)參數(shù)

GE9X是世界上最大的航空發(fā)動機，風扇直徑達3.4m，進氣道直徑為4.5m，僅比波音767飛機機身直徑小20cm，比波音737飛機機身直徑大76cm。16個風扇葉片全部采用第四代碳纖維復合材料。

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470千牛，相較于上一代GE航空發(fā)動機可節(jié)省10%-15%的燃油消耗。

在供應鏈的選定上依然延續(xù)了全球采購戰(zhàn)略，由法國的賽峰股份公司為其提供風扇機匣和低壓壓氣機，日本的IHI公司負責生產(chǎn)低壓渦輪和風扇軸，德國的MTU獲得渦輪中框架的供應資格。

3D打印部件

GE9X擁有如此出色的效能，對3D打印技術(shù)的加持有很大關(guān)系。GE9X上應用了304個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、導流器以及熱交換器。

燃油噴嘴

GE9X的燃油噴嘴與LEAP發(fā)動機的燃油噴嘴設(shè)計方案基本相同，每臺GE9X航空發(fā)動機上設(shè)計有28個燃油噴嘴，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題，同時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TiAl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，導致生產(chǎn)的產(chǎn)品無法滿足工程需求，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)異的比強度，使整個低壓渦輪機的重量減少20％，同時將使GE9X提高了10％的推力，每臺GE9X發(fā)動機上安裝有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)動機已經(jīng)開始采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)改型零件了，通過優(yōu)化設(shè)計將原來10個零件合并為1個復雜結(jié)構(gòu)零件，精度提高了30%。目前已經(jīng)超過400臺GE90安裝了3D打印的T25傳感器外殼，改型零件是GE首個獲得FAA認證的增材制造的飛機發(fā)動機部件。此零部件的生產(chǎn)技術(shù)延續(xù)到了GE9X發(fā)動機上，每臺GE9X發(fā)動機有1個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)生動力。

每個GE9X發(fā)動機有1個燃燒室混合器，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，同時減少了零件間的差異。

導流器

導流器內(nèi)部擁有復雜的氣體流道，作用是減少冷卻空氣的殘留，提高發(fā)動機的壽命。

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

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)計有復雜的流道，充分利用了增材制造技術(shù)優(yōu)勢，提高了設(shè)計的自由度。

每臺GE9X發(fā)動機安裝有1個熱交換器，由鋁合金3D打印而成。熱交換器是由原來的163個零件整合設(shè)計為一個，重量減輕了40%，生產(chǎn)成本減少25%，并提高了使用壽命。