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2016年航空增材制造业将迎五大变革

作者:时间:2016-06-06来源:大飞机收藏
编者按:航空制造业变革的结果很有可能是航空基础材料及部件供应链的寡头垄断程度反超金字塔顶端的主承包商,甚至对未来产品研制的话语权产生重要影响。

  2015年,随着F35战斗机、A400M运输机、787和A350宽体客机等美欧新一代军民用主力产品全面进入批生产阶段,复合材料主承力结构非热压罐替代、核心零件设计制造增材化和非金属化、机体装配智能化提升等降本增效技术成为研发重点。同时,一批新型金属材料在航空制造业展现出巨大的应用前景和产业价值。航空制造业产业结构在技术和市场力量的作用下也在发生巨大变化,2016年的世界航空制造业技术架构和产业格局将延续2015年的变革性发展态势。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201606/292241.htm

  复材制造技术变革

  2015年3月,美国国家航空航天局(NASA)开始对未来翼身混合体飞机概念的非圆柱形复合材料压力舱验证件进行试验,该验证件由波音的非热压罐工艺制造。4月,俄罗斯航空复合材料公司交付了MS-21干线客机第一套非热压罐工艺制造的复合材料中央翼盒,该机机翼蒙皮也由非热压罐制造,这对大型民机而言还是首次。

  热塑性复合材料在承力部件中受青睐的程度越来越高。空客透露其在A350之前就已应用超过1500个零件,并一直在欧盟框架计划下从事大型热塑性复合材料主承力结构研究。庞巴迪公司公开了一项新型热塑性复合材料托架技术,适用于飞机机翼、中央翼盒以及油箱的液压和燃油托架,可比金属零部件减重至少40%。极光飞行科学公司公布了目前最快、最大的增材制造无人机,其机体采用了热塑性复合材料,可通过熔融沉积成型等工艺制造出来。

  2016年及未来几年,随着技术成熟、成本降低,更多复合材料结构件制造商将从经济性和周期短的角度,选择非热压罐材料与工艺,这将在复合材料结构件设计、制造流程以及原材料和制造装备供应链中掀起新的变革。

  研制概念颠覆

  2015年2月,GE90-94B高压压气机中采用增材制造的T25传感器通过美国联邦航空局(FAA)适航认证,成为首台采用增材制造部件的现役发动机,GE航空还在GEnx上试验了增材制造的钛铝合金低压涡轮叶片。

  普惠公司表示,将在业界首次采用增材制造技术来生产发动机的压气机静子和同步环支架。2015年6月,罗罗公司生产了有史以来最大的增材制造发动机组件——“遄达”XWB-97发动机直径1.5米的钛合金前轴承,组件包含的48个叶片也采用增材制造技术生产。

  陶瓷基复合材料(CMC)取得发动机应用重要突破。2015年,GE航空通过F414发动机低压涡轮叶片成功试验了世界上首个非静子组件的轻质、耐高温CMC部件,展示了其极强的耐高温和耐久性能力。与此同时,公司还在GEnx上试验了燃烧室衬里的内外环、第一级高压涡轮隔热罩以及第二级高压涡轮导向器。GE航空还将在美国本土建设碳化硅陶瓷纤维以及碳化硅陶瓷单向带两家工厂,前者将打破日本对碳化硅陶瓷纤维供应的垄断。

  此外,还有三个里程碑事件值得关注:

  一是澳大利亚联邦轻金属中心采用法国赛峰集团的设计,完全采用增材制造技术生产了两台喷气发动机概念验证机。

  二是NASA和霍尼韦尔公司等正在进行的“以增材制造实现非金属燃气涡轮发动机”项目,制造出了CMC高压涡轮喷嘴等一系列复合材料构件。

  三是德国弗劳恩霍夫研究所在整体叶盘增材制造研究的基础上,提出将传统增材制造转向新型数字光子生产的“生产2.0”概念。

  2016年及未来几年,增材制造和复合材料技术的成熟将颠覆现有发动机设计和制造概念,甚至将导致主要采用增材制造或复合材料生产的发动机出现,这就可以理解GE为何将增材制造和CMC等复合材料部件的技术能力牢牢抓在手中,因为这代表着航空发动机的未来。


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关键词: 航空增材 发动机

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