全球最强悍的GE9X航空发动机上应用的304个3D打印零部件详解
自2015年GE将增材制造（3D打印）的燃油喷嘴应用于LEAP发动机中，其生产数量已经超过了100,000个，成为了金属3D打印在航空发动机领域量产应用的典型案例，同时也揭开了3D打印技术在航空发动机领域的应用序幕。作为世界上推力最强大的喷气发动机（最大推力能够达到60.8吨）GE9X同样也采用了多个3D打印零部件，高达304个。
GE9X发动机简介
GE9X是世界上最大的航空发动机，风扇直径达3.4m，进气道直径为4.5m，布置形式为双转子，1-3-11-2-6，涵道比9.9:1，总压比60，推重比5.2。其推力可达470千牛，相较于上一代GE航空发动机可节省10%-15%的燃油消耗。
GE9X上的3D打印零部件详解
增材制造技术在GE9X发动机的制造中发挥着重要作用，GE9X拥有如此出色的效能，与3D打印技术的加持有很大关系。GE9X发动机首次将多种材料和打印工艺投入到单一航空发动机的生产中，共采用了304个3D打印的零件，其中包括燃油喷嘴、低压涡轮叶片等关键零部件。基于此，GE航空建立了第一个增材制造技术工业化航空航天供应链。
1. 燃油喷嘴
每个GE9X发动机上有28个燃油喷嘴，材料为钴铬合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印燃油喷嘴可以减少加工制造成本，提高其使用寿命。
2. 低压涡轮叶片
每个GE9X发动机上有228片低压涡轮叶片，材料为TiAl合金，采用适用于脆性材料成形的电子束粉末床3D打印技术加工而成。TiAl合金相比传统的镍基高温合金具有优异的比强度，可使低压涡轮重量减少20％。
3. T25传感器外壳
每个GE9X发动机上有1个T25传感器外壳，材料为CoCr合金，基于3D打印技术通过优化设计将原先10个零件合为1个复杂构件直接整体制造。目前已经超过400台GE90安装了3D打印的T25传感器外壳，改型零件是GE首个获得FAA认证的增材制造的飞机发动机部件。
4. 燃烧室混合器
每个GE9X发动机上有1个燃烧室混合器，材料为钴铬合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印技术可以使得该混合器减少6%的重量，使用寿命可提高3倍。
5. 导流器
每个GE9X发动机上装有8个导流器零件，材料为CoCr合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印技术将原先导流器的13个零件优化成1个整体构件，使用寿命可提升2倍。
6. 热交换器
每个GE9X发动机上有1个热交换器，材料为铝合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印技术将原先热交换器的163个零件优化成1个整体构件，重量可减轻40%，生产成本可减少25%，并且可提高热交换器的使用寿命。
识别出适用于增材制造的GE9X组件非常复杂。作为第一个获得FAA认证的增材制造飞机发动机部件，以及在LEAP发动机上取得的成功经验，T25传感器外壳和燃油喷嘴成为第一批被选择的部件。热交换器和粒子分离器的3D打印一体化制造显示了GE航空制造转型的巨大努力，而采用该技术进行涡轮叶片的制造则是一次巨大的飞跃。LPT叶片的3D打印制造非常困难，采用电子束粉末床技术制造的TiAl合金相比传统的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比，使整个低压涡轮机的重量减少20％，同时将使GE9X提高了10％的推力。
GE航空指出，采用增材制造进行批量生产，需要仔细规划、对潜在风险的认识以及对细节的极大关注。如果方法得当，增材制造可以带来巨大的益处，如缩短生产周期、节约成本、整合零部件数量、减少浪费，提高可持续性和加强供应链等等。显然，GE航空取得了成功。
GE9X发动机的9大亮点
1. 134英寸的复合材料风扇机匣，是全球商用发动机中最大的，比波音737飞机机身还要大。
2. GE9X有300多个增材制造零件。除GE9X之外，GE Aviation及其合资企业CFMI目前还拥有另外四个通过了FAA认证的3D打印零件。这些零件是用于GE90-94B的T25传感器，CFM LEAP燃油喷嘴头，GEnx-2B电动门开启系统（PDOS）支架和GE Passport空气油分离器。
3. 尽管尺寸很大，但按每分贝推力磅数计算，GE9X有望作为有史以来生产的最安静的GE发动机投入使用。
4. GE9X引擎安装了第四代复合风扇叶片。GE的首个复合材料风扇叶片于1995年开始在GE90-94B发动机上投入使用。GE及其合资企业CFMI在过去25年中使用复合材料叶片累计飞行时间超过1.38亿小时。
5. GE9X发动机中的16个复合材料风扇叶片是GE商用喷气发动机最低数量。GE90发动机有22个风扇叶片，GEnx有18个风扇叶片。较小的CFM LEAP发动机有18个复合风扇叶片。
6. GE9X创造了一项世界纪录，在2017年11月10日于俄亥俄州皮布尔斯的GE室外测试设施进行的工程测试中，产生了134,300磅的推力。GE90-115B在2002年创下了127,900磅的推力纪录。
7. GE Aviation在其波音747飞行测试床上进行了72次GE9X测试飞行，总计超过400小时。首次试飞于2018年3月8日在加利福尼亚州维克多维尔升空。
8. GE9X发动机中有五个陶瓷基复合材料（CMC）组件，包括第一级高压涡轮（HPT）护罩，第一级和第二级HPT喷嘴以及燃烧室的内衬和外衬。GE航空在商用发动机中运行CMC零件方面拥有超过800万小时的经验。GE于1986年获得了有关CMC材料的第一项专利，并一直在继续开发这种材料。通用电气已在该技术上投资超过15亿美元，并在美国建立了第一条垂直整合的CMC供应链。
9. GE9X发动机的总压力比为60:1，是所有使用中的发动机中最高的压力比。这意味着发动机可以最有效地利用进气，从而提高燃油效率。
- 发表于:
- 原文链接：https://kuaibao.qq.com/s/20230322A01DZL00?refer=cp_1026
- 腾讯「腾讯云开发者社区」是腾讯内容开放平台帐号（企鹅号）传播渠道之一，根据《腾讯内容开放平台服务协议》转载发布内容。
- 如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
相关快讯
扫码
添加站长 进交流群
领取专属 10元无门槛券
私享最新 技术干货
腾讯云开发者
