5月14日,中國商飛公司即將交付首家用戶的首架C919大飛機(jī)首次飛行試驗(yàn)圓滿完成,國產(chǎn)大飛機(jī)商用之路正式開啟。據(jù)資源庫了解,C919是我國自行研制的中短程單通道噴氣式民用飛機(jī),標(biāo)準(zhǔn)載客量為158人;其單價為0.99億美元(折合6.53億元人民幣)。 最新數(shù)據(jù)顯示,C919的國內(nèi)外客戶訂單總數(shù)高達(dá)1015架。目前,國產(chǎn)C919大飛機(jī)試飛取證和交付準(zhǔn)備工作正在有序推進(jìn),有望在今年年底交付,用戶為中國東航。其主要競爭對手是空客A320-200和波音B737-800飛機(jī)。 目前,航空工業(yè)應(yīng)用的3D打印主要采用SLM(選擇性激光熔化)、EBM(電子束熔化)、DMLS(直接金屬激光燒結(jié))等技術(shù)形式,使用鈦合金、鋁鋰合金、超高強(qiáng)度鋼、高溫合金等材料。
同樣,C919大飛機(jī)在研發(fā)和制造過程中,也運(yùn)用了3D打印技術(shù)以及特殊金屬材料來制造客機(jī)的零部件,現(xiàn)在就讓我們一起看看都有哪些。
C919中央翼緣條
西工大與中國商用飛機(jī)有限公司合作,應(yīng)用激光立體成形技術(shù)為國產(chǎn)大飛機(jī)制造中央翼緣條,是3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域應(yīng)用的典型。這根鈦合金材質(zhì)的C919中央翼緣條,尺寸3.07米,重量196千克,于2012年1月打印成功,同年通過商飛的性能測試,2013年成功應(yīng)用在國產(chǎn)大飛機(jī)C919首架驗(yàn)證機(jī)上。 如果采用傳統(tǒng)的鍛件毛坯重達(dá)1607公斤,而利用激光成型技術(shù)制造的精坯重量僅為136公斤 ,節(jié)省了91.5%的材料,經(jīng)過測試,其性能比傳統(tǒng)鍛件還要好。
C919艙門復(fù)雜件
據(jù)C919總設(shè)計(jì)師吳光輝透露,C919裝載了28件3D打印的鈦金屬艙門件,兩件風(fēng)扇進(jìn)氣入口構(gòu)件。鈦合金3D打印件成功應(yīng)用于C919艙門復(fù)雜件,力學(xué)性能明顯高于原有鑄件。
且有效縮短了零件交付周期,快速響應(yīng)數(shù)模優(yōu)化更改;建立了鈦合金3D打印專用原材料及產(chǎn)品規(guī)范,有效保證了產(chǎn)品性能要求。
C919機(jī)頭主風(fēng)擋窗框
C919的機(jī)頭擋風(fēng)窗框是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸大的零件,國內(nèi)的飛機(jī)制造廠用傳統(tǒng)方法無法做出,只有歐洲一家公司能做出來,但是光每件模具費(fèi)就要價50萬美元,而交貨周期還要等兩年。按照這樣下去,C919的成本又會大大的增加。
2009年王華明團(tuán)隊(duì)僅僅用55天時間就做出來了,零件成本還不足歐洲鍛造模具費(fèi)的十分之一。由于成功研制出大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光直接制造技術(shù),2012年1月18日,王華明院士主持的“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”項(xiàng)目獲得國家技術(shù)發(fā)明一等獎。
在2022年的《院士開講》節(jié)目中,王院士還介紹了3D打印的具體過程:通過計(jì)算機(jī)控制激光,將合金粉末熔化為液態(tài),接著激光控制著這些液態(tài)合金使其在基底材料上游走,像膜一樣逐層堆積,“生長”成一個完整、精密的三維零件。
C919 LEAP-1C發(fā)動機(jī)
發(fā)動機(jī)方面,C919目前使用的是美國GE和法國賽風(fēng)集團(tuán)合資的CFM公司的LEAP-1C型發(fā)動機(jī)。而就在2021年8月20日,GE航空增材制造中心已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第10萬個3D打印發(fā)動機(jī)燃油噴嘴下線。
這些3D打印的燃油噴嘴正是用于LEAP發(fā)動機(jī)中,根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)型號,每臺發(fā)動機(jī)需要安裝18或19個燃料噴嘴。
據(jù)GE表示,3D打印燃料噴嘴相比傳統(tǒng)燃油噴嘴在多方面取得了進(jìn)步,部件數(shù)量上由20件降低為1件,重量整體減輕25%,使用壽命提升了5倍以上。
事實(shí)上,C919除了目前使用的國外發(fā)動機(jī),未來還有一套備選方案。中航商用飛機(jī)發(fā)動機(jī)公司正在進(jìn)行國產(chǎn)CJ-1000AX發(fā)動機(jī)的研制工作,直徑1.95米,長3.29米。據(jù)透露,該國產(chǎn)發(fā)動機(jī)同樣采用了3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項(xiàng)試制關(guān)鍵技術(shù)。
以上是已經(jīng)確定在國產(chǎn)大飛機(jī)C919使用到3D打印制作的零部件,除了這些,飛機(jī)發(fā)動機(jī)的葉輪葉片和超高強(qiáng)度鋼的飛機(jī)起落架也有通過3D打印來制作。
據(jù)資源庫了解,中國航發(fā)擁有2個關(guān)于商用航空發(fā)動機(jī)的專利,分別是CN209569034U,中國航發(fā)開發(fā)了一種在兩端分別設(shè)置有外環(huán)安裝邊的靜子導(dǎo)葉;和CN105604978B,該發(fā)動機(jī)已研制成功抗沖擊增強(qiáng)型渦輪發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片。
2005年以來,激光增材制造鈦合金飛機(jī)機(jī)身主承力框、翼身根肋、起落架等大型整體關(guān)鍵承力構(gòu)件,在國產(chǎn)??哲娦乱淮鷳?zhàn)斗機(jī),大型運(yùn)輸機(jī)、運(yùn)載火箭等航空航天重大裝備研制和生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用。
相信隨著C919即將量產(chǎn),將打破波音和空客壟斷。這也是中國首款擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)大飛機(jī),中國團(tuán)隊(duì)完成了100多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。其中應(yīng)用到了多項(xiàng)金屬3D打印技術(shù),3D打印鈦合金零件也在C919中首次得到成功應(yīng)用。
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