要說3D打印在渦輪螺旋槳發動機領域的應用突破莫過于GE要在2018年試飛的ATP飛機發動機了。
這為通過增材制造可以實現的可能性打開了新的空間。 GE公司先進的渦輪螺旋槳發動機(ATP)發動機中,三分之一以上的部件是由3D打印來完成的,其額定功率為1300馬力,該發動機為Textron Aviation推出的10人座商用飛機Cessna Denali提供動力。
數字原生
航空發動機
與噴氣發動機不同的是,渦輪螺旋槳飛機通常為小型商業飛行器和個人飛機提供動力,但這仍然代表著數十億美元的市場。
基于3D打印技術特點,設計師將855個獨立部件減少到12個。不僅如此,3D打印通過降低ATP發動機的重量來降低成本。發動機輕5%,這意味著它將使飛機減少燃油消耗,此外設計變更將使ATP的發動機提高燃油燃燒效率,從而能夠減少20%的燃油消耗,并且比傳統加工方式制造的發動機多10%的功率。
GE ATP計劃負責人Gordie Follin說:“這臺發動機是革命性的。因為GE將大型商業發動機中驗證的最先進的技術移植到渦輪螺旋槳發動機的設計與制造中來。”
ATP發動機的革新之處包括3D空氣動力學、可變定子葉片和完全集成的數字引擎和螺旋槳控制系統。 Follin說:“我們正在使得Textron可以擁有更高的動力以承載更大、更豪華的客艙,并且發動機提供滿足客戶期望的巡航速度,并且飛行員將坐在更簡潔明快的噴氣式駕駛艙中。”
經過十多年的研究和開發,GE通過幾個流程的銜接來生產發動機零件,包括直接金屬激光熔化3D打印技術。由于3D打印非常適合加工高度復雜的零件,這使得ATP發動機比傳統的渦輪螺旋槳發動機減少了約30%的零件,同時減少了發動機制造中涉及的組裝步驟和檢查次數。通過完全消除接頭的需要,該設計還消除了接頭損失和泄漏的風險。
GE的子公司Avio Aero的工程主管Giorgio Abrate說:“這不是簡單地用另一種方法替代一種生產方法,而是重新設計和設計航空發動機的方式。”
除了大量的采用增材制造技術之外,ATP還是世界上第一個“數字原生”航空發動機。 ATP的設計師不是依靠2D原理圖,而是使用先進的3D建模。引擎中的傳感器將收集數據,并允許用戶構建所謂的ATP數字雙胞胎。此外,引擎的虛擬模型將會根據實際情況來考慮磨損,幫助操作人員預測正確的維護時間,從而使得飛機將更多的時間用于飛行。該發動機還將配備通過單個控制桿控制發動機和螺旋槳的技術,使得飛行員能夠像駕駛噴氣式飛機一樣來駕駛Denali飛機。