國內(nèi)首款3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)完成飛行試驗(yàn)

“發(fā)動(dòng)機(jī)上電、點(diǎn)火、達(dá)到額定起飛轉(zhuǎn)速，起飛！”

隨著指令下達(dá)，一架長3.3米、翼展2.1米的無人機(jī)火箭助推器噴出紅色尾焰，很快，無人機(jī)到達(dá)6000米高度，飛行時(shí)長30分鐘，最大飛行速度0.75馬赫……陜西定邊縣，一款新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的首次單發(fā)飛行試驗(yàn)正在開展。

“試飛結(jié)果顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)保持穩(wěn)定工作，所有參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求，所有零件沒出現(xiàn)任何破壞或失效情況，成功驗(yàn)證了在高空、復(fù)雜環(huán)境下的可靠性。”中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司湖南動(dòng)力機(jī)械研究所的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人米棟介紹。

別看這款發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)頭不大，但它的意義不一般：這是我國自主研制的首款3D打印渦噴航空發(fā)動(dòng)機(jī)，填補(bǔ)了國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)3D打印工程應(yīng)用的空白。

對不少人來說，3D打印技術(shù)并不陌生。3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)，難在何處？

米棟介紹，與打印普通產(chǎn)品相比，用3D打印技術(shù)制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)，難度指數(shù)級增長，需要跨越“消費(fèi)級制造”與“極限工程制造”的鴻溝。

從材料看，普通產(chǎn)品多使用易加工的樹脂塑料，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)需使用高溫合金，高硬度難熔、冷卻收縮率大、成分復(fù)雜，打印后極易變形開裂；從精度看，普通產(chǎn)品精度要求相對寬松，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件的精度不能有絲毫偏差；從性能看，普通產(chǎn)品僅需承受輕微外力，而航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片要在手指大小的尺寸上，承載一輛轎車的重量，還要抵住千萬次交變載荷沖擊，不能產(chǎn)生微小裂紋，對性能要求極高。

難度大、要求高，為什么仍要探索3D打印技術(shù)制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)？

“因?yàn)樵摷夹g(shù)有很多獨(dú)特優(yōu)勢?！敝袊娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司湖南動(dòng)力機(jī)械研究所高級工程師文長龍解釋，比如，過去減材制造要對整塊原料切削加工，會(huì)造成材料浪費(fèi)，而3D打印是增材制造，材料利用率高達(dá)90%以上。同時(shí)，3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)迷宮式冷卻通道、一體化承力結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)加工工藝無法完成的精密設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)更加開放靈活。此外，3D打印技術(shù)無需調(diào)整生產(chǎn)線，即可切換不同產(chǎn)品，小批量、定制化生產(chǎn)能將研發(fā)周期縮短30%以上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)落地不斷“加速”。

“在傳統(tǒng)減材制造領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國家有技術(shù)積累和裝備優(yōu)勢。用好3D打印這一新興技術(shù)，我國有望憑借新技術(shù)研發(fā)、完備產(chǎn)業(yè)鏈，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵領(lǐng)域突破瓶頸?！蔽拈L龍說。

新技術(shù)應(yīng)用并非一帆風(fēng)順，研制路上難關(guān)重重。

“3D打印雖有一體化成型等優(yōu)勢，但也失去了傳統(tǒng)連接零件的摩擦阻尼效果，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)顯著增大。為攻克難題，研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出‘多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與3D打印制造技術(shù)深度融合’的思路，攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)卡點(diǎn)?！敝袊娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司湖南動(dòng)力機(jī)械研究所結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究部副部長錢正明說。

如今，這款新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能已超越同類產(chǎn)品——耗油率降低、推重比提升、零件數(shù)減少60%，不僅裝配隱患大幅減少，還簡化了運(yùn)維流程、降低制造和部署成本，未來可適配測繪、巡檢等中型特種無人機(jī)，應(yīng)用前景廣闊。

“我們將持續(xù)優(yōu)化3D打印技術(shù)參數(shù)，推進(jìn)型號試驗(yàn)驗(yàn)證，加強(qiáng)與下游企業(yè)場景合作，加快實(shí)現(xiàn)新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?！卞X正明說。