GKN通過3D打印開發新型渦輪排氣模塊，提高發動機效率
時間：2022-10-15 09:15 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2022年10月14日，作為歐盟Clean Sky-2 EMVAL項目的一部分，制造公司吉凱恩（GKN）航空航天公司已經生產并向德國發動機公司MTU交付了一個3D打印渦輪排氣模塊。作為仍在開發中的小型發動機版本，這款新部件比現有的同類產品輕五分之一，總體上更有效率，同時在150°C下運行，這一切都歸功于3D打印技術。
吉凱恩渦輪機排氣模塊的3D打印技術
渦輪機排氣模塊的關鍵是渦輪機排氣箱（TEC），它處理來自低壓渦輪機的發動機排氣，對其進行冷卻和傳輸。TEC必須盡可能有效地輸送這些高溫氣體，因此需要高強度和耐高溫的材料，以及優化的結構設計。為了實現這一目標，GKN轉向了金屬增材制造，對TEC的大部分進行3D打印，以減輕重量并優化其葉片設計。
吉凱恩航空航天公司的技術項目經理拉爾斯-埃布蘭特（Lars Ellbrant）說："這種示范項目對吉凱恩航空航天公司來說絕對是至關重要的，因為它可以與國際合作伙伴一起使用完整的發動機測試，在高TRL水平（TRL 5-6）上驗證我們的新技術。
△Clean Sky-2項目
Clean Sky-2計劃的目的是開發更多的可持續航空技術，花費超過40億美元，使歐洲在2050年實現碳中和。它也是對歐洲航空制造業的一種刺激，聯合了從空客、霍尼韋爾、漢莎技術公司到賽峰集團和西門子的眾多航空企業。具體的目標似乎是雄心勃勃的：提高飛機燃油效率，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。
整個計劃涵蓋了大量的內容，但是，最終的落腳點還是發動機的性能。就目前而言，飛機3D打印領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化。
一般來說，如果我們看一下渦輪風扇發動機，如上圖所示，我們已經可以看到，當空氣流經發動機時，有很多事情正在發生。氣流的任何優化都可以提高發動機的性能。如果燃燒或氣流可以被精簡，發動機就可以獲得更高的效率。這也可以通過使部件（如葉片）更輕來實現。任何用增材制造進行的部件整合同樣可以以某種方式優化能量的流動。
大規模的航空3D打印
吉凱恩已經在3D打印方面進行了大量投資，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閃電等項目的航空結構和推進工作。吉凱恩已經收購了Forecast3D，總體而言，它是增材制造領域的一個大玩家。然而，它只有大約90億英鎊的收入，在航空航天領域是一個相對的小魚。它在這個項目中的客戶，德國MTU航空發動機公司，也是一個強大的公司，在航空發動機領域有40億美元的收入，但商業航空發動機領域的價值約為800億美元，據說維修市場要大七倍。同時，軍用航空是一個額外的500億美元的市場。
在商業領域，最大的供應商是CFM，它是GE和賽峰集團的合資企業。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項目，GE與合作伙伴共同參與一個發動機項目。例如，MTU擁有GEnx的6.5%股份。同時，GE9X項目是75%的GE公司和25%的IHI公司、斯奈克瑪和Techspace
Aero（賽峰集團）以及MTU公司共享。
IHI還為羅爾斯-羅伊斯的特倫特項目生產零件。A380發動機GP7000的維護工作將由MTU在德國完成。部分維護工作被外包給Kota
Damansara，這是一家MTU和漢莎技術公司在馬來西亞的合資企業。GP7000本身是由發動機聯盟開發的，它是通用電氣和普惠公司的合資企業。
然后，PW1100G-JM是普惠公司為空客A320
neo開發的發動機，由普惠公司與合作伙伴MTU和日本航空發動機公司開發。日本航空發動機公司則是川崎重工、IHI和三菱重工的合資企業。日本航空發動機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。它也是國際航空發動機公司的一部分，該公司有普拉特和MTU作為其合作伙伴。
發動機市場是一個由合作者和競爭者交織而成的結構，他們共同致力于這個世界上一些技術要求最高的項目。通用電氣有個別的多年維修協議，其價值超過了整個3D打印行業的收入。在2022年初，它與卡塔爾達成了68億美元的GE9X發動機交易。CFM已經為其LEAP發動機達成了超過1510億美元清單價格的交易。在發動機市場的這種復雜性和交易中，MTU與吉凱恩的合作被視為是他們加強個人能力和合作能力的一種方式。
在航空發動機上的任何微小的優勢都會產生相當大的影響。發動機平臺的開發和建造需要花費數十億美元，需要來自世界各地的資本。零件在全世界范圍內制造，風險是共同的。航空公司，通常由政府擁有，然后挑選發動機并簽訂維修合同。贏得這些合同不僅對公司的利潤有很大影響，而且對當地的工業區也有影響。如果合同的結果相反，可能會創造或失去許多就業機會。這反過來又會對政治家和當地地區產生影響。這確實意味著質量不是你下一個引擎的唯一考慮因素。從正面看，這些公司都有很強的能力，都有追求最高質量的目標。質量系統和分析在他們的存在中起著重要作用。作為一個行業，我們只能希望我們能一點一點地被引入，成為大型引擎游戲中的一個主要成功因素。
(責任編輯：admin)
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