數(shù)字化把赢、新材料吊磕、3D打印推動航空發(fā)動機創(chuàng)新
根據(jù)中國航空報六泞,大數(shù)據(jù)應(yīng)用加速语但、3D打印技術(shù)、石墨烯技術(shù)急黎、陶瓷基復(fù)合材料等,正在推動航空發(fā)動機創(chuàng)新侧到。此外勃教,混合電推進技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用初露鋒芒。
--大數(shù)據(jù)應(yīng)用加速
大數(shù)據(jù)的應(yīng)用不僅僅依靠數(shù)據(jù)的體量大匠抗,只有通過有效的數(shù)據(jù)分析才能獲取深入的故源、有價值的、智能的信息汞贸∩可視化分析、數(shù)據(jù)挖掘算法矢腻、模型預(yù)測分析门驾、數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)管理等大數(shù)據(jù)分析方法均已成為決定數(shù)據(jù)價值的關(guān)鍵因素射赛。
2017年,羅羅宣布正在建立R2數(shù)據(jù)實驗室奶是,期望通過使用人工智能楣责,機器學(xué)習(xí)和新的分析手段進一步對數(shù)據(jù)進行“財富”挖掘,實現(xiàn)成本節(jié)約宋泊。普惠在4月推出了MRO(航空發(fā)動機維護玻温、維修和大修)服務(wù)平臺EngineWise,旨在利用大數(shù)據(jù)分析為全球運營商提供定制化個性化MRO服務(wù)支持湃改。Predix是GE推出的全球首個專為工業(yè)數(shù)據(jù)分析開發(fā)的云服務(wù)平臺级闭。2017年9月,GE啟動了首屆“Predix星火計劃”丧足,10月底推出了數(shù)字工業(yè)進化指數(shù)本洁。中國航發(fā)也進行了積極的探索,黎陽建成了機匣分廠數(shù)字化制造系統(tǒng)还做,以及結(jié)構(gòu)件分廠作動筒數(shù)字化生產(chǎn)線晨丸,實現(xiàn)了提產(chǎn)增質(zhì)降耗的“智慧轉(zhuǎn)身”。
視頻:GE的精彩工廠
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通過傳感器來精確控制零件的生產(chǎn)情況裕甸、監(jiān)測設(shè)備的健康情況以及實現(xiàn)制造完成后飛機空中運行的情況監(jiān)測云卤。GE的精彩工廠的設(shè)備和電腦相互“溝通交流”,共享信息碳扯,并且為保證質(zhì)量和預(yù)防設(shè)備故障采取措施城也。工廠的生產(chǎn)線通過數(shù)字化的方式與供應(yīng)商、服務(wù)商窃躲、物流系統(tǒng)相連接用來優(yōu)化生產(chǎn)计贰。而這一切正是Predix平臺在背后發(fā)生作用。
圖片:GE在增材制造領(lǐng)域的里程碑
通過為機器配備傳感器并實時分析數(shù)據(jù)蒂窒,GE可以確定機器何時出現(xiàn)故障躁倒。生產(chǎn)線上的傳感器將數(shù)據(jù)提供給GE基于云的Predix平臺。這有助于將車間計劃外停機時間降低20%洒琢,并提高整體產(chǎn)品的可靠性秧秉,降低生產(chǎn)成本。除了先進的工藝和工具之外衰抑,還有一個數(shù)字線程貫穿工廠象迎,橫跨公司,垂直于整個價值鏈呛踊,在整個制造生命周期中提供了產(chǎn)品的綜合價值流視圖砾淌。
圖片:GE的Predix平臺
--增材制造技術(shù)顛覆創(chuàng)新
增材制造(又稱3D打印)是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)谭网,將材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術(shù)汪厨,將對傳統(tǒng)的工藝流程例是、生產(chǎn)線、工廠模式株矩、產(chǎn)業(yè)鏈組合等產(chǎn)生深刻影響茧津。增材制造讓零件設(shè)計更加自由,為航空發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)突破和性能指標提升帶來更多可能性碱跃。
我國已將增材制造作為《中國制造2025》發(fā)展重點营鸽,2017年,工信部等十二部門聯(lián)合制定并印發(fā)了《行動計劃》园湘,要求到2020年奴万,增材制造產(chǎn)業(yè)年銷售收入超過200億元,年均增速在30%以上单墓。
根據(jù)中國航空報,2017年个荔,GE宣布正在研制世界上最大的激光粉末增材制造設(shè)備。西門子完成了世界上首個3D打印燃氣輪機渦輪葉片及其全面測試返工。中國航發(fā)商發(fā)已完成增材制造微型渦噴發(fā)動機制造易贿。中國航發(fā)航材院牽頭的國家重點基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化項目“超細3D打印有色/難熔金屬球形粉末制備技術(shù)”啟動。截至目前嫡纠,中國航發(fā)和其他國內(nèi)科研機構(gòu)先后針對渦輪氣冷葉片烦租、燃油組件、殼體除盏、封嚴塊叉橱、噴嘴、整體葉盤者蠕、整體導(dǎo)向器窃祝、軸承座、葉柵等零件開展了增材制造技術(shù)探索研究踱侣,取得了積極進展粪小。
視頻:如果你能3D打印葉片,你幾乎能制造任何東西抡句,來源西門子
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2017年11月14日糕再,GE超大金屬3D打印設(shè)備于德國法蘭克福Formnext展會上隆重發(fā)布。該設(shè)備是ATLAS項目研發(fā)出來的玉转,ATLAS是GE大型增材制造系統(tǒng)項目(Additive Technology Large Area System)的簡稱。作為一個名字還沒有正式定義的一臺大型設(shè)備殴蹄,可以3D打印直徑為一米的航空零件,適合制造噴氣發(fā)動機結(jié)構(gòu)部件以及用于單通道飛機的零件,也可用于汽車究抓、電力、石油和天然氣行業(yè)兄哮。
此外肚微,德國Fraunhofer在開發(fā)的第二代粉末床金屬熔融3D打印技術(shù)气凫。可擴展性旭眼、適合于大批量生產(chǎn)的特點成為基于粉末床的金屬3D打印技術(shù)正在發(fā)生的升級趨勢市协。
而2017年,西門子不僅僅完成了3D打印葉片的測試料害,還正式將3D打印作為葉片的生產(chǎn)技術(shù)瞬芒。葉片的加工技術(shù)來自與西門子收購的Materials Solutions公司,通過實現(xiàn)對材料在加工過程中的控制掸栋,Materials Solutions發(fā)展了自己的核心競爭力:對諸如葉片這樣的高溫合金的加工能力接吠,不僅是性能優(yōu)越,而且其幾何形狀也是通過傳統(tǒng)加工方式無法實現(xiàn)的浑季。
--材料技術(shù)不斷取得突破
航空發(fā)達國家都高度重視發(fā)動機材料技術(shù)的發(fā)展缕圣。高溫合金仍將是高溫渦輪部件的關(guān)鍵技術(shù)之一,陶瓷基復(fù)合材料(CMC)高溫部件應(yīng)用也進一步深入俩莽,GE預(yù)測在未來10年內(nèi)發(fā)動機中陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用量將增加10倍旺坠。大數(shù)據(jù)、虛擬仿真等計算機技術(shù)的應(yīng)用將有效縮短航空發(fā)動機材料研制周期扮超。
石墨烯被譽為已知的世界上最薄取刃、最堅硬、導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性最好的納米材料瞒津。高性能石墨烯復(fù)合材料的出現(xiàn)為增強航空發(fā)動機材料力學(xué)性能蝉衣、熱學(xué)性能、耐腐蝕性能等綜合性能的提升提供了更多途徑巷蚪。例如病毡,石墨烯加入到陶瓷基體后可以大幅提高陶瓷基復(fù)合材料的機械性能,金屬基體引入石墨烯也可以提高金屬基體復(fù)合材料的物理性能屁柏、熱學(xué)性能啦膜、電學(xué)性能等。
2017年淌喻,俄羅斯用最新的VV753粉末鎳基高溫合金制造出了具有可變結(jié)構(gòu)的渦輪盤僧家。GE完成了GE9X發(fā)動機陶瓷基復(fù)合材料部件的第二階段測試。日本研發(fā)出可快速自愈龜裂的新型陶瓷材料宜柱。美國先進陶瓷協(xié)會公開正在開發(fā)的1482攝氏度CMC路線圖侦演,探索更耐高溫和具有更高損傷容限的下一代CMC。中國航發(fā)已開創(chuàng)了40多個石墨烯創(chuàng)新應(yīng)用的研究方向拣薄,多項成果在航空裝備和國防裝備上驗證左撤、考核、小批應(yīng)用校搀。
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通過3D打印復(fù)合材料方面三二,我國的南京航空航天大學(xué)在這方面獨樹一幟号找。南京航空航天大學(xué)探索出一種基于選擇性激光熔融技術(shù)成形的鋁基納米復(fù)合材料,用于激光增材技術(shù)領(lǐng)域会刀,有效的解決鋁基納米復(fù)合材料在激光增材過程中工藝性能與力學(xué)性能不匹配泥碳、增強顆粒分布不均勻以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題,使得所獲得的產(chǎn)品具備良好的界面結(jié)合以及優(yōu)異的力學(xué)性能掏绍。
在陶瓷顆粒增強鎳基高溫合金方面泰牵,思萊姆智能科技的納米陶瓷顆粒增強鎳基高溫合金制備方法采用的是選擇性激光融化技術(shù)3D打印技術(shù),克服了傳統(tǒng)制備方法的局限, 改善了顆粒團聚和界面結(jié)合問題瘪决,并且可以加工成復(fù)雜零件的形狀脸候,而無需工裝夾具或模具的支持,同時在這個過程中, 材料利用率高绑蔫。
此外运沦,華中科技大學(xué)也在通過金屬基陶瓷相增強合金工具鋼粉末制備技術(shù)方面的突破。
石墨烯方面配深,我國復(fù)旦大學(xué)在高濃度石墨烯規(guī)男恚化水相制備方面取得突破,可用于3D打印石墨烯氣凝膠篓叶。
--混合電推進技術(shù)方興未艾
在燃氣渦輪動力依然占據(jù)主流烈掠、電推進技術(shù)尚未成熟的今天,集電推進與燃氣渦輪之所長的分布式混合電推進系統(tǒng)初露鋒芒缸托。
分布式混合電推進系統(tǒng)左敌,是指通過傳統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電,為分布在機翼或機身上的多個電動機/風(fēng)扇提供電力俐镐,并由電動機驅(qū)動風(fēng)扇/螺旋槳提供全部或絕大部分推力的一種新概念推進系統(tǒng)矫限,能大幅提高發(fā)動機等效涵道比,在減輕結(jié)構(gòu)重量佩抹,降低油耗叼风、噪聲和污染排放方面具有優(yōu)勢。
2017年7月飒晴,在亞特蘭大舉行的美國航空航天協(xié)會(AIAA)推進與能源論壇上威众,美國航空航天局(NASA)和4家主要發(fā)動機制造商中的3家展示了空客A320/波音737同級別客機尾部嵌入風(fēng)扇的相似設(shè)計概念。NASA提出STARC-ABL(帶后部邊界層推進的單通道渦輪電飛機)設(shè)計概念拙位。11月哼股,空客、羅羅和西門子宣布將合作開發(fā)一款E-FanX混合動力電動技術(shù)驗證機属胖,預(yù)計在經(jīng)過全面的地面測試后讥蚯,這款驗證機將在2020年進行首飛。
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NASA對外披露的正在研發(fā)的X-57全電動飛機,這臺飛機擁有14臺發(fā)動機犬耀,最大航程約100英里(約161公里),飛行時間為一小時甚至更短书县。一旦電池技術(shù)得到突破性的發(fā)展把鹊,全電動飛機飛行里程將得到顯著提升。如果這些全電動飛機獲得成功叉屠,人們的空中旅行將更加高效和環(huán)保伏尼。
以色列的Eviation Aircraft公司正在進行全電動通勤飛機的開發(fā),全電動飛機在短距離飛行中的應(yīng)用尉尾,將在未來解決倫敦爆阶、北京、巴黎等大都市的人們在上下班時段的交通出行問題沙咏。
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