在陕西定边县的试验场上,一架翼展2.1米的无人机在火箭助推下冲向天际。
这次看似寻常的试飞,却承载着我国航空动力装备制造领域的重大突破——由中国航空发动机集团湖南动力机械研究所自主研制的首款增材制造涡喷发动机,在高空复杂环境下保持稳定工作,所有零部件未出现破坏或失效现象。
这一成果填补了国内发动机整机增材制造工程应用的空白,为我国航空动力装备研发开辟了新路径。
传统航空发动机制造长期依赖减材加工工艺,即对整块高温合金材料进行切削成型,不仅造成大量材料浪费,而且在复杂结构设计上存在工艺局限。
项目负责人米栋指出,增材制造技术虽已在消费领域广泛应用,但应用于航空发动机这一极限工程领域,面临着材料、精度、性能三重挑战。
高温合金材料具有高硬度、难熔化、冷却收缩率大等特性,打印过程中极易产生变形和开裂。
涡轮叶片等关键部件在手指大小的尺寸内需承载相当于一辆轿车的重量,同时抵御千万次交变载荷冲击,任何微小裂纹都可能导致灾难性后果。
这些技术难题构成了跨越消费级制造与极限工程制造之间的巨大鸿沟。
然而,增材制造技术的独特优势使其成为航空发动机制造领域不可忽视的变革力量。
高级工程师文长龙分析,该技术材料利用率可达90%以上,远超传统减材加工;能够实现迷宫式冷却通道、一体化承力结构等传统工艺无法完成的精密设计;小批量定制化生产可将研发周期缩短超过30%,显著加快创新设计落地速度。
更为重要的战略意义在于,在传统减材制造领域,发达国家凭借长期技术积累和先进装备占据优势地位。
我国若能充分发挥新兴技术研发能力和完备产业链优势,有望在航空发动机等关键领域实现技术突破,摆脱长期面临的瓶颈制约。
研制过程并非一帆风顺。
结构强度研究部副部长钱正明介绍,增材制造虽具备一体化成型优势,但失去了传统连接零件的摩擦阻尼效果,导致发动机振动显著增大。
研制团队创新性地提出多学科拓扑优化设计技术与增材制造技术深度融合的解决思路,通过系统性技术攻关,逐一突破关键技术卡点。
经过持续攻关,这款新型发动机的主要性能指标已超越同类产品水平。
与传统产品相比,新发动机耗油率明显降低,推重比显著提升,零件数量减少60%。
零部件数量的大幅削减不仅降低了装配过程中的潜在隐患,还简化了运维流程,有效降低制造成本和部署成本。
该发动机未来可适配测绘、巡检等中型特种无人机,在国土资源调查、基础设施巡检、应急救援等领域具有广阔应用前景。
随着技术成熟度不断提高,增材制造航空发动机有望在更多应用场景中发挥作用,推动相关产业转型升级。
航空发动机是衡量制造业综合实力的重要标尺。
首款整机3D打印涡喷发动机完成飞行试验，既体现了以新工艺突破传统路径依赖的探索，也释放出先进制造推动高端装备升级的信号。
面向未来，坚持需求牵引与技术攻关并重、试验验证与标准建设同步推进，方能让创新成果更快走向应用一线，在更广阔的产业场景中形成可持续的竞争力。