看UTC如何將3D打印用于管道式換熱器系統(tǒng)

魔猴君  行業(yè)資訊   2122天前

燃氣渦輪引擎，諸如那些為現(xiàn)代商用和軍用飛機提供動力的燃氣渦輪引擎通常包括管道式換熱器系統(tǒng)，管道式換熱器系統(tǒng)具有換熱器和相關聯(lián)的設備以與氣流交換引擎熱量。燃氣渦輪引擎架構(gòu)通常規(guī)定管道式換熱器放置在包封引擎的機艙內(nèi)。

常規(guī)換熱器芯部具有均勻的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)和外部幾何結(jié)構(gòu)的部分原因是由于制造的復雜性使得設計方面需要妥協(xié)。然而常規(guī)制造技術制造的管道式換熱器大部分并不具備根據(jù)空氣動力學優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)，這可導致引擎性能弊端。

UTC聯(lián)合技術公司開發(fā)出用于燃氣渦輪引擎的管道式換熱器系統(tǒng)的新型整流罩，其創(chuàng)新之處在于通過3D打印來完成異形復雜換熱器結(jié)構(gòu)的制造。

熱疲勞通常是限制換熱器壽命的主要方面，而3D打印換熱器具有低循環(huán)疲勞的特點。與基于典型波紋和釬焊組裝技術需要不同材料的常規(guī)制造技術相比較，3D打印技術可以實現(xiàn)更加優(yōu)化的材料組合，并且不需要焊接過程。UTC聯(lián)合技術公司基于熱傳遞需求設計了減少造成熱疲勞的表面特征并且優(yōu)化了幾何結(jié)構(gòu)，從而更加有效的管理熱傳遞。

除此之外，在某些案例中，與等同熱容量的“磚”狀結(jié)構(gòu)設計的換熱器相比較，3D打印的波狀外形的外部幾何結(jié)構(gòu)體積減少約15-20％。結(jié)合波狀外形的3D打印結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)理想的空氣動力學，而無需像以前那樣需要妥協(xié)于制造的局限性。

3D打印工藝有利于制造基于熱傳遞要求的幾何結(jié)構(gòu)，并且自始至終使應力水平平衡。例如，翅片比重、厚度和類型可自始至終變化，以使得應力相對于熱負載平衡。為了最大化結(jié)構(gòu)負載，內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)還可包括例如蜂窩結(jié)構(gòu)、三角形、點陣結(jié)構(gòu)或其他承重類型結(jié)構(gòu)。

談到引擎部件的冷卻技術，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據(jù)3D科學谷的市場觀察，3D打印技術可以用來實現(xiàn)帶冷卻通道的引擎葉片從而使得這些葉片可以在極高的溫度下運行，而沒有這些冷卻通道的情況下，這些葉片會在極高的高溫下發(fā)生變形。而3D打印可以使得冷卻通道的形狀極為復雜，從而提高冷卻效率，使得引擎可以在更高的溫度下運行，從而使得飛機的運行效率更高，更經(jīng)濟。

其實3D打印的應用，除了讓引擎提高散熱效率的葉片3D打印技術，在燃氣渦輪引擎部件的冷卻方面，3D打印的應用越來越深入，在這方面，UTC等公司正在領跑行業(yè)應用發(fā)展。

UTC聯(lián)合技術正在將3D打印點陣結(jié)構(gòu)應用于燃氣渦輪引擎部件的冷卻方案，包括在燃氣渦輪引擎部件的壁內(nèi)部的點陣結(jié)構(gòu)。通過點陣結(jié)構(gòu)為燃氣渦輪引擎部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過關鍵流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。

UTC聯(lián)合技術所設計的點陣結(jié)構(gòu)可以適應于任何給定的燃氣渦輪引擎部件或部件的某個部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）的設計和比重，可以調(diào)整以匹配外部熱負荷和局部壽命要求。根據(jù)魔猴網(wǎng)的了解，UTC聯(lián)合技術還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點陣結(jié)構(gòu)，這種3D打印工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。

來源：中國3D打印網(wǎng)