空中“打印”心臟！中國(guó)3D打印渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)成功首飛

近日，中國(guó)航發(fā)集團(tuán)研發(fā)的3D打印極簡(jiǎn)輕質(zhì)微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)完成了首次飛行試驗(yàn)。

在6千米的高空，這款微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)以0.75馬赫的速度穩(wěn)定地運(yùn)行了30分鐘，所有指標(biāo)均已達(dá)標(biāo)。

6千米高空屬于典型的中高空域，空氣稀薄、氣壓較低且氣流復(fù)雜，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率、燃燒穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都提出了嚴(yán)苛考驗(yàn)。

0.75馬赫的速度相當(dāng)于主流螺旋槳戰(zhàn)機(jī)的巡航速度，30分鐘的持續(xù)運(yùn)行則驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)的續(xù)航能力與可靠性。

它不僅一舉填補(bǔ)了我國(guó)160公斤推力級(jí)的3D打印渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的空白，而且也給行業(yè)格局帶來了深遠(yuǎn)的影響。

這款發(fā)動(dòng)機(jī)最大的突破在于它的極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)，它整機(jī)超過四分之三重量的零件都是通過金屬SLM技術(shù)一體成型。

傳統(tǒng)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)零件眾多，加工復(fù)雜，需要的工序拼接以及精度要求都非常高，耗時(shí)耗力，同時(shí)還容易出現(xiàn)裝配的誤差。

而3D打印通過激光逐層熔化鈦合金、鎳基高溫合金等金屬粉末，讓復(fù)雜的結(jié)構(gòu)一次成型，不僅零件的數(shù)量大幅削減，而且還做到了極致的減重。

鈦合金與鎳基高溫合金本身具有高強(qiáng)度、耐高溫的特性，配合3D打印的輕量化設(shè)計(jì)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，重量大幅降低，這對(duì)于提升飛行器的續(xù)航里程、機(jī)動(dòng)性能至關(guān)重要。

今年7月，這款渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)就完成了4千米高空掛飛驗(yàn)證。而如今又完成了6千米的高空單發(fā)首飛，僅僅4個(gè)月的時(shí)間，就有了高效的技術(shù)突破，讓我國(guó)在航空動(dòng)力創(chuàng)新上搶占了先機(jī)。它的推力達(dá)到了160公斤，完全可以適配小型的無人機(jī)、靶機(jī)、巡飛彈等多種平臺(tái)。而且它還能適應(yīng)零下40度至50度的復(fù)雜環(huán)境，這打破了外界對(duì)3D打印的固有認(rèn)知。

曾經(jīng)，第一代、第二代噴氣戰(zhàn)斗機(jī)的主流動(dòng)力都采用了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。在航空工業(yè)發(fā)展初期，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)憑借結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、推力密度高的優(yōu)勢(shì)，成為戰(zhàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)超音速飛行的核心動(dòng)力。

而第三代戰(zhàn)機(jī)問世之后，采用的則是巡航效率更高、油耗更低的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。但是相對(duì)來講，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在超音速飛行狀態(tài)下，推進(jìn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不僅更適配3D打印技術(shù)，還能顯著提升成型效率。中國(guó)航發(fā)選擇以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為載體，驗(yàn)證了3D技術(shù)在航空動(dòng)力領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅具有較高的可行性，而且實(shí)用價(jià)值也很高，能夠最大化地釋放3D打印的優(yōu)勢(shì)。

不僅如此，3D打印成本也低，交付快。將來這款渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)完全可以規(guī)模化量產(chǎn)，從而為前線提供源源不斷的裝備支持，能夠形成以量取勝的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，從而保證無人機(jī)蜂群和巡飛彈的供應(yīng)。

美國(guó)軍方曾經(jīng)設(shè)想過無人機(jī)蜂群構(gòu)筑地獄防線的恐怖作戰(zhàn)場(chǎng)景，此次在3D打印技術(shù)下，這個(gè)概念有可能在中國(guó)率先實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這項(xiàng)技術(shù)也可以同樣運(yùn)用在民用領(lǐng)域，像小型的通用航空、應(yīng)急救援的無人機(jī)，動(dòng)力重、成本高，若是使用輕量化、低成本的發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠續(xù)航更長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)。

目前，全球能實(shí)現(xiàn)3D打印渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)單發(fā)飛行試驗(yàn)的國(guó)家屈指可數(shù)，涉及材料科學(xué)、精密制造、熱力學(xué)等多個(gè)尖端學(xué)科，3D打印渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)更是對(duì)國(guó)家綜合工業(yè)實(shí)力的極大考驗(yàn)。

我國(guó)實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)和核心裝備的綁定，形成了獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然此次首飛成功只是起點(diǎn)，后續(xù)還需要在更高的高度、更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)以及更極端的環(huán)境下驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行改善升級(jí)。

不過，此次航空動(dòng)力領(lǐng)域的突破展現(xiàn)了我國(guó)航空工業(yè)的創(chuàng)新精神，也將激勵(lì)更多的科研工作者勇闖技術(shù)無人區(qū)，來攻克更多的卡脖子問題。

在軍事裝備領(lǐng)域，我國(guó)的3D技術(shù)已經(jīng)取得了一些突破性的成果。如今已經(jīng)能夠獨(dú)立完成多型號(hào)無人機(jī)的設(shè)計(jì)建模、3D打印成型、組裝與調(diào)試。這些無人機(jī)功能貼合實(shí)戰(zhàn)需求，既能夠抗電磁干擾、引導(dǎo)火力打擊，還能夠自主識(shí)別目標(biāo)，進(jìn)行精準(zhǔn)的爆破。

同時(shí)，研發(fā)人員還把3D技術(shù)用在了軍事設(shè)施的搶修搶建上面。他們用特種混凝土材料，進(jìn)行逐層的打印，短短數(shù)小時(shí)就能夠?qū)υ馐軗p毀的洞庫(kù)進(jìn)行修復(fù)和偽裝。這不僅大幅節(jié)省了時(shí)間，而且為戰(zhàn)場(chǎng)提供了快速有效的保障。

未來3D打印技術(shù)將有望向更大推力、更復(fù)雜構(gòu)型的發(fā)動(dòng)機(jī)延伸，從而推動(dòng)大型的渦扇、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)全面的自主化。同時(shí)也將會(huì)帶動(dòng)制造業(yè)、新材料和人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，為我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型提供有力的支撐。