下一代发动机UltraFan即将离面世，3D打印是其创新技术之一
近日，罗-罗（Rolls-Royce,罗尔斯-罗伊斯）成功测试了UltraFan® 飞机发动机的关键部件-先进低压系统（ALPS），该系统中的有所复合元件（包括风扇叶片，风机外壳和环填料）首次在供体发动机上进行了测试。这标志着罗-罗下一代飞机发动机UltraFan®又向前迈进了一步。
根据罗-罗，UltraFan®在重量、噪音和所需燃料方面将得到显著降低，与其第一代Trent发动机相比，燃油效率将高25％。UltraFan®将重新定义喷气发动机。罗-罗还通过技术验证机Advance3 对将于2025年推出的UltraFan®发动机设计的相关技术和新核心机进行测试。Advance3 发动机中集成约2万个组件，其中的一部分是通过3D打印技术制造的。
3D打印引领下一代飞机发动机潮流
Advance3发动机将成为罗-罗最新的民用大涵道比发动机UltraFan®的核心机，UltraFan®计划在2025年推向市场。在Advance3发动机的2万个组件中，其中一部分是通过3D打印技术制造的，同时罗-罗公司在Advance3 热端部件制造中使用了尖端的陶瓷基复合材料（CMC）。
根据罗-罗，Advance3 发动机中的零件已测试超过100小时，初期测试结果显示，发动机中采用3D打印技术和陶瓷基复合材料（CMC）制造的部件性能表现卓越。
图：UltraFan®发动机
Advance3验证机测试的新核心机能实现最高油效，保持低排放，是罗-罗未来技术战略的关键要素。罗-罗表示，将于2025年后面世的UltraFan®发动机与第一代Trent 发动机相比燃油效率将提高25%。
在验证机上，新核心机在Trent XWB风扇系统与Trent 1000低压涡轮之间运行，其压气系统可帮助UltraFan®实现高达70:1的总压比。
当所有测试完成后，新核心机将集成到UltraFan®发动机组件中。
Advance3 以创新技术和数字能力为基础，是罗-罗实现智能发动机（Intelligent Engine）未来愿景的重要组成部分。3D打印是Advance3制造中所采用的创新技术之一。3D打印可以将原本通过多个构件组合的零件进行一体化打印，这样不仅实现了零件的整体化结构，避免了原始多个零件组合时存在的连接结构（法兰、焊缝等），也可以帮助设计者突破束缚实现功能最优化设计。一体化结构的实现除了带来轻量化的优势，减少组装的需求也为企业提升生产效益打开了可行性空间。
图：XWB-97 发动机，来源：Arcam AB
此外，金属3D打印可以让打印部件达到传统方式无法达到的薄壁、尖角、悬垂、圆柱等形状的极限尺寸，让产品设计师有了更大的发挥空间。在进行飞行器中的复杂零部件设计时，设计师由过去以考虑零部件的可制造性为主，转变为增材设计思维下的实现零部件功能性为主。
早期的罗-罗发动机Trent XWB-97就采用了增材制造/3D打印部件，3D打印的镍金属结构件是一件直径1.5米、厚0.5米的前轴承座，含有48个翼面。而空客A350-1000用的是XWB-97发动机,XWB-97看起来非常像A350-900的XWB-84发动机，可产生97000磅的推力。提升的推力主要来自新型高温涡轮技术，结合了更新的发动机的核心技术以及更大风量的风扇来实现的。这一切的实现归根结底是使用了先进的空气动力学技术，以及3D打印零部件。
除了在核心机Advance 3中应用的3D打印技术，罗-罗在制造UltraFan®发动机时还应用了先进的全自动化制造技术以及数字双胞胎。根据3D科学谷市场观察，罗-罗在其复合材料卓越中心采用先进的全自动化制造技术制造UltraFan®发动机部件。该发动机中的叶片都是由机器人制造的，机器人构建大约500层碳纤维材料，然后施加热量和压力。每个叶片都有一个领先的钛金属边缘，为发动机提供极好的防异物和鸟撞保护。
UltraFan发动机的每个叶片中都配有数字双胞胎，即每个叶片都在计算机软件中有一个虚拟副本。在发动机测试期间，它们将收集大量数据，这些数据将被馈送到数字双胞胎中，供工程师预测每个叶片在服务中的性能。
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