激光與 3D 打印融合應(yīng)用，推動航空發(fā)動機(jī)制造技術(shù)發(fā)展近日，國產(chǎn) 3D 打印微型渦噴發(fā)動機(jī)成功完成單發(fā)飛行試驗(yàn)，展示了增材制造技術(shù)在航空動力領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)展。據(jù)公開資料顯示，這款極簡輕質(zhì)微型渦噴發(fā)動機(jī)由國內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主研制，是國內(nèi)首臺完成飛行驗(yàn)證的 160kg 推力級 3D 打印發(fā)動機(jī)。
11 月 13 日，該發(fā)動機(jī)順利完成首次單發(fā)飛行試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，發(fā)動機(jī)作為靶機(jī)單一動力來源，持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行 30 分鐘，飛行高度達(dá)到 6000 米、速度最高達(dá) 0.75 馬赫，整體狀態(tài)平穩(wěn)。
本次試驗(yàn)是在今年 7 月掛飛驗(yàn)證基礎(chǔ)上的進(jìn)一步測試，重點(diǎn)評估了發(fā)動機(jī)在高空、低溫及波動氣流條件下的工作可靠性。試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動機(jī)總體設(shè)計(jì)方案以及制造工藝在實(shí)際飛行環(huán)境中得到了驗(yàn)證。
該微型渦噴發(fā)動機(jī)采用多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化與金屬增材制造技術(shù)。超過四分之三重量的零件由 3D 打印一體成形，核心轉(zhuǎn)子件亦全部由增材制造完成，呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：
增材制造技術(shù)在形狀復(fù)雜、受力關(guān)鍵的航空發(fā)動機(jī)部件上表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。
在該發(fā)動機(jī)的研制過程中，激光技術(shù)不僅應(yīng)用于金屬增材制造，也在多項(xiàng)工藝環(huán)節(jié)中發(fā)揮作用，包括：
● 精密微孔加工
激光可在高溫合金和陶瓷基復(fù)合材料上實(shí)現(xiàn)高深徑比微孔加工，用于實(shí)現(xiàn)葉片冷卻孔、氣膜孔等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。
● 激光光場測量
通過激光散射實(shí)現(xiàn)高速流場參數(shù)測量，可用于研究速度場、溫度分布等數(shù)據(jù)，為發(fā)動機(jī)空氣動力設(shè)計(jì)提供支撐。
● 激光表面強(qiáng)化
利用超短脈沖激光誘導(dǎo)沖擊波，可提升薄壁構(gòu)件的疲勞性能，適用于葉片、導(dǎo)向器等對壽命要求較高的結(jié)構(gòu)件。
激光工藝對光源質(zhì)量、輸出穩(wěn)定度、散熱控制均高度敏感，因此對設(shè)備運(yùn)行環(huán)境提出更高要求。
無論是金屬 3D 打印設(shè)備中的高功率激光器，還是用于精密制孔、表面強(qiáng)化的工業(yè)激光加工系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中都會產(chǎn)生大量熱量。激光器對溫度極為敏感，其輸出功率、波長穩(wěn)定性、光斑質(zhì)量等均受溫度波動影響。
因此，高穩(wěn)定性的激光冷卻系統(tǒng)是激光設(shè)備可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施。
在國內(nèi)工業(yè)激光應(yīng)用與金屬增材制造領(lǐng)域中，特域冷水機(jī)為多類激光設(shè)備提供溫控解決方案，覆蓋從連續(xù)光纖激光器、皮秒/飛秒激光器到金屬激光熔融成形設(shè)備的溫控需求。其冷水機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于：
這些溫控系統(tǒng)的作用是提供恒定且可控的工作溫度，幫助激光器維持穩(wěn)定的輸出特性，從而支持加工質(zhì)量、設(shè)備壽命以及工藝一致性的要求。
國產(chǎn) 3D 打印微型渦噴發(fā)動機(jī)的成功試驗(yàn)，展示了增材制造、拓?fù)鋬?yōu)化、激光加工等技術(shù)在航空動力領(lǐng)域的融合發(fā)展趨勢。在未來，隨著制造技術(shù)的不斷成熟，航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)自由度、生產(chǎn)效率以及部件性能穩(wěn)定性將持續(xù)提升。
在這一過程中，從激光系統(tǒng)到溫控系統(tǒng)在內(nèi)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都將繼續(xù)為航空動力裝備的研發(fā)與制造提供支撐。
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