帶有點陣結構冷卻方案的燃氣渦輪發(fā)動機部件

燃氣渦輪發(fā)動機通常包括壓縮機部分，燃燒器部分和渦輪部分。通常，在運行期間，空氣在壓縮機部分中被加壓并與燃料混合并在燃燒器部分中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體流過渦輪部分，渦輪部分將熱燃燒氣體的能量轉化為動力。這其中涉及到大量的零件在高溫下運行。

對于航空或燃氣渦輪發(fā)動機中需要高溫條件下運行的零件來說，很多零件需要帶冷卻通道。在這方面，根據(jù)市場觀察，除了冷卻通道，點陣結構在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應用。

提高局部對流冷卻效果
根據(jù)市場研究，UTC聯(lián)合技術正在將3D打印技術應用于燃氣渦輪發(fā)動機部件的冷卻方案，包括在燃氣渦輪發(fā)動機部件的壁內(nèi)部的點陣結構。通過點陣結構為燃氣渦輪發(fā)動機部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。

據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術所設計的點陣結構可以適應于任何給定的燃氣渦輪發(fā)動機部件或部件的某個部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點陣結構（圖中編號80）的設計和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負荷和局部壽命要求。

不過對于任何給定的點陣結構來說，實際設計可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動力學混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃氣渦輪發(fā)動機的特定參數(shù)。

點陣結構（圖中編號80）可以通過諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來生產(chǎn)，當然還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。不過，據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點陣結構，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。

左手冷卻通道，右手點陣結構
談到發(fā)動機部件的冷卻技術，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據(jù)市場觀察，增材制造技術可以用來實現(xiàn)帶冷卻通道的發(fā)動機葉片從而使得這些葉片可以在極高的溫度下運行，而沒有這些冷卻通道的情況下，這些葉片會在極高的高溫下發(fā)生變形。而3D打印可以使得冷卻通道的形狀極為復雜，從而提高冷卻效率，使得發(fā)動機可以在更高的溫度下運行，從而使得飛機的運行效率更高，更經(jīng)濟。

而UTC聯(lián)合技術將點陣結構應用到發(fā)動機零件的冷卻解決方案，可以說是通過冷卻通道冷卻之外的又一嘗試。由于點陣結構的存在從而保持了廣泛的熱交換表面，可以獲得較高的散熱表面/體積比。

從汽車到航空航天，點陣結構用于提高熱交換效率

在這方面，根據(jù)市場觀察，不少公司進行了通過點陣結構進行散熱的商業(yè)化努力，其中包括HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設計和制造、用于微型燃氣渦輪系統(tǒng)的并流換熱器，以及Conflux所制造的下一代高效能熱交換器。而此前，菲亞特克萊斯勒(FCA汽車集團）還與McMaster大學建立了一項合作，目標是設計一種新的鋁制汽車散熱器，使得通過3D打印技術實現(xiàn)的汽車散熱器可以比FCA集團生產(chǎn)的汽車中使用的汽車散熱器更輕，并且還可以保證其性能。

通過 UTC聯(lián)合技術的應用開發(fā)，點陣結構用于提高熱交換效率不僅僅在汽車領域獲得重視，同樣在航空航天領域得到了深化。UTC聯(lián)合技術在3D打印領域正在獲得一系列的進展，相信這些前沿領域的探索在不久的一天將會轉化為商業(yè)化的結果。

來源：3D科學谷