GKN通过3D打印开发新型涡轮排气模块，提高发动机效率
时间:2022-10-15 09:15 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
2022年10月14日，作为欧盟Clean Sky-2 EMVAL项目的一部分，制造公司吉凯恩（GKN）航空航天公司已经生产并向德国发动机公司MTU交付了一个3D打印涡轮排气模块。作为仍在开发中的小型发动机版本，这款新部件比现有的同类产品轻五分之一，总体上更有效率，同时在150°C下运行，这一切都归功于3D打印技术。
吉凯恩涡轮机排气模块的3D打印技术
涡轮机排气模块的关键是涡轮机排气箱（TEC），它处理来自低压涡轮机的发动机排气，对其进行冷却和传输。TEC必须尽可能有效地输送这些高温气体，因此需要高强度和耐高温的材料，以及优化的结构设计。为了实现这一目标，GKN转向了金属增材制造，对TEC的大部分进行3D打印，以减轻重量并优化其叶片设计。
吉凯恩航空航天公司的技术项目经理拉尔斯-埃布兰特（Lars Ellbrant）说："这种示范项目对吉凯恩航空航天公司来说绝对是至关重要的，因为它可以与国际合作伙伴一起使用完整的发动机测试，在高TRL水平（TRL 5-6）上验证我们的新技术。
△Clean Sky-2项目
Clean Sky-2计划的目的是开发更多的可持续航空技术，花费超过40亿美元，使欧洲在2050年实现碳中和。它也是对欧洲航空制造业的一种刺激，联合了从空客、霍尼韦尔、汉莎技术公司到赛峰集团和西门子的众多航空企业。具体的目标似乎是雄心勃勃的：提高飞机燃油效率，减少20-30%的二氧化碳排放，减少20-30%的氮氧化物和噪音排放。
整个计划涵盖了大量的内容，但是，最终的落脚点还是发动机的性能。就目前而言，飞机3D打印领域的很多注意力都集中在涡轮叶片以及支架等部件上，但还有很多地方需要优化。
一般来说，如果我们看一下涡轮风扇发动机，如上图所示，我们已经可以看到，当空气流经发动机时，有很多事情正在发生。气流的任何优化都可以提高发动机的性能。如果燃烧或气流可以被精简，发动机就可以获得更高的效率。这也可以通过使部件（如叶片）更轻来实现。任何用增材制造进行的部件整合同样可以以某种方式优化能量的流动。
大规模的航空3D打印
吉凯恩已经在3D打印方面进行了大量投资，与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，参与了A350XWB、F35闪电等项目的航空结构和推进工作。吉凯恩已经收购了Forecast3D，总体而言，它是增材制造领域的一个大玩家。然而，它只有大约90亿英镑的收入，在航空航天领域是一个相对的小鱼。它在这个项目中的客户，德国MTU航空发动机公司，也是一个强大的公司，在航空发动机领域有40亿美元的收入，但商业航空发动机领域的价值约为800亿美元，据说维修市场要大七倍。同时，军用航空是一个额外的500亿美元的市场。
在商业领域，最大的供应商是CFM，它是GE和赛峰集团的合资企业。普拉特-惠特尼（Pratt-Whitney）公司排名第二，其次是通用电气（GE），然后是劳斯莱斯。在某些情况下，如GEnx项目，GE与合作伙伴共同参与一个发动机项目。例如，MTU拥有GEnx的6.5%股份。同时，GE9X项目是75%的GE公司和25%的IHI公司、斯奈克玛和Techspace
Aero（赛峰集团）以及MTU公司共享。
IHI还为罗尔斯-罗伊斯的特伦特项目生产零件。A380发动机GP7000的维护工作将由MTU在德国完成。部分维护工作被外包给Kota
Damansara，这是一家MTU和汉莎技术公司在马来西亚的合资企业。GP7000本身是由发动机联盟开发的，它是通用电气和普惠公司的合资企业。
然后，PW1100G-JM是普惠公司为空客A320
neo开发的发动机，由普惠公司与合作伙伴MTU和日本航空发动机公司开发。日本航空发动机公司则是川崎重工、IHI和三菱重工的合资企业。日本航空发动机公司还参与了通用电气GEnx、罗尔斯-罗伊斯Trent
1000、通用电气Passport 20和通用电气GE9X的开发。它也是国际航空发动机公司的一部分，该公司有普拉特和MTU作为其合作伙伴。
发动机市场是一个由合作者和竞争者交织而成的结构，他们共同致力于这个世界上一些技术要求最高的项目。通用电气有个别的多年维修协议，其价值超过了整个3D打印行业的收入。在2022年初，它与卡塔尔达成了68亿美元的GE9X发动机交易。CFM已经为其LEAP发动机达成了超过1510亿美元清单价格的交易。在发动机市场的这种复杂性和交易中，MTU与吉凯恩的合作被视为是他们加强个人能力和合作能力的一种方式。
在航空发动机上的任何微小的优势都会产生相当大的影响。发动机平台的开发和建造需要花费数十亿美元，需要来自世界各地的资本。零件在全世界范围内制造，风险是共同的。航空公司，通常由政府拥有，然后挑选发动机并签订维修合同。赢得这些合同不仅对公司的利润有很大影响，而且对当地的工业区也有影响。如果合同的结果相反，可能会创造或失去许多就业机会。这反过来又会对政治家和当地地区产生影响。这确实意味着质量不是你下一个引擎的唯一考虑因素。从正面看，这些公司都有很强的能力，都有追求最高质量的目标。质量系统和分析在他们的存在中起着重要作用。作为一个行业，我们只能希望我们能一点一点地被引入，成为大型引擎游戏中的一个主要成功因素。
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