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我国首台大型客机发动机验证机装配完成,燃油喷嘴系3D打印

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:观察者网&工信部

2018-01-03 09:20

   目前,在航空航天领域3D打印最大的应用案例就要数GE的3D打印飞机发动机燃油喷嘴了,GE为此收购了两家金属3D打印公司ConceptLaser和Rcam,并且采购了几百台金属3D打印机日夜不停的打印,每年要生产40000个3D打印燃油喷嘴。尝到甜头之后,GE已经开始对整个发动机进行3D打印重新设计制造,并取得了非常好的成果。

△GE航空3D打印的发动机燃油喷嘴

  近日,中国在这方面终于也有了突破性的进展。据工信部官网2017年12月29日消息,我国首台大型客机发动机验证机(CJ-1000AX)整机于12月25日在上海完成装配,同一天,该发动机的核心机在上海实现100%设计转速稳定运转。首台验证机突破多项关键技术,包括3D打印的燃烧室燃油喷嘴等。

  大型客机发动机验证机(CJ-1000AX)首台整机在上海完成装配,标志我国首个民用大涵道比涡扇发动机整机验证平台已经建立,将为后续研制工作奠定坚实基础。

  CJ-1000AX由中国航发集团商发公司负责研制,直径1.95米,长3.29米。其结构复杂、试制难度大,包含风扇/增压级、核心机、低压涡轮和附件传动机匣装置,由近35000个零组件组成。

  中国航发集团商发公司采用“主制造商-供应商”研制模式,联合24家单位参与试制工作,先后突破了钛合金宽弦高空心率风扇叶片、铝合金大型薄壁风扇包容机匣、3D打印燃烧室燃油喷嘴等多项试制关键技术,同时也攻克了大直径、长轴类单元体水平装配技术难关,历史18个月完成首台整机试制、装配。

△首台装配好的CJ-1000AX整机(图源:工信部网站)

  此外,工信部网站同日报道,25日,大型客机发动机验证机(CJ-1000AX)核心机在上海实现100%设计转速稳定运转,为后续开展深入试验验证提供了有力支撑。

  核心机由高压压气机、燃烧室和高压涡轮及相关系统组成,实际工作的温度、压力、转速极高,其技术复杂程度和难度代表着机械领域的最高水平。核心机试验主要目的是验证各部件及相关系统的性能、功能和匹配性,提前暴露问题,降低整机研制风险。

  本次核心机试验历时39天,累计试车46次,初步验证了核心机各部件及相关系统的性能、功能和匹配性,同时也验证了压气机分块预估、燃烧室点火预测、涡轮工作状态分析和国内首次开发的“骨架特性”性能仿真模型等技术,有效补充和丰富了核心机的研制体系。

△C919目前使用的LEAP-1C发动机,由美法合资的CFM国际公司所研发。(图源:Flightglobal)

  据微信公号“两机动力控制”介绍,国外航空媒体Flightglobal认为,CJ-1000发动机的成功将对CFM国际公司(美国GE和法国赛峰的合资公司)的LEAP-1C发动机造成商业冲击,目前LEAP-1C发动机是C919发动机的唯一动力引擎。

△LEAP-1C发动机相关数据(数据来源:赛峰集团官网,观察者网汉化)

  此外,从外形上来看,CJ-1000AX的直径为1.95米(76.8英寸),长度为3.29米(10.7英尺)。相比之下,Leap-1C的1.98米直径和3.32米长。CJ-1000AX较短的长度很可能是因为与Leap-1C相比,CJ-1000AX在低压涡轮机中使用一级旋转叶片的设计的原因,因此CJ-1000AX的低压涡轮为6级,而Leap-1C发动机为7级。

  Flightglobal还认为,中国在商用发动机的先进技术应用上与西方还有较大差距,比较典型的是CJ-1000A在风扇系统上,既没有采用类似美国普惠公司的齿轮传动结构,也没有CFM公司使用的碳纤维复合材料风扇叶片,而是采用英国罗罗式的空心钛合金宽弦风扇叶片。

  发动机一直是制约我国航空工业发展的主要瓶颈,也是国家发展大型客机的短板,如果不能解决“中国心”的问题,我国的航空工业就谈不上是一个完整的、独立自主的体系。因此,我国在启动大型客机项目后不久,就成立了中航商用发动机有限责任公司,致力于为国产客机研制动力系统。

  据《大飞机》杂志此前报道,在2014年中国航空推进技术高峰论坛上,中航商发设计研发中心高级专家倪金刚向参会代表介绍了目前国产发动机的研制进展。

  倪金刚表示,公司正在研制CJ-1000AX验证机,目前的计划是在2018年完成验证机的研制和试车工作,并同步开展部件、系统、工艺、材料等技术的多轮持续改进,以确保发动机满足C919大型客机的技术要求。如果进展顺利,CJ1000-A发动机将于2022年装备C919大型客机,到2026年,CJ1000-B发动机将装备C919延程型客机。

  在系列化发展和适航取证方面,中航商发计划用于窄体客机的CJ-1000系列于2018年实现验证机达标,2022~2025年完成适航取证;用于宽体客机的CJ-2000系列计划2020年完成技术预研,2022年完成试验验证机达标,2025~2030年完成适航取证。而针对小型支线客机的CJ-500系列,倪金刚表示,由于目前的市场需求量有限,因此短期内不会启动。