燃油噴嘴是飛機燃燒室中非常關(guān)鍵的一個組件。它的作用是對液態(tài)燃料形成良好的油霧顆粒群,燃料顆??删鶆虻攘咳紵龘]發(fā)。燃油噴嘴的品質(zhì)與性能,會直接影響發(fā)動機的能效與可靠性。
目前,先進的燃料空氣組合噴嘴往往采用燃油噴嘴+單級或多級旋流組件組成,燃油噴嘴存在流道小孔、燃料管道、旋流葉片及復(fù)雜混合腔道的組件,優(yōu)化后的噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計,其生成的旋流火焰可以滿足燃燒室的點熄火、燃燒效率、排放物和出口溫度的指標(biāo)要求,并改善霧化質(zhì)量。
然而,這樣的新型燃油噴嘴,普遍結(jié)構(gòu)復(fù)雜,品質(zhì)要求高,對傳統(tǒng)的鑄造、機加工等制造方式提出了挑戰(zhàn)。
按照傳統(tǒng)制造工藝,需要將噴嘴分拆為多個零件進行加工后組裝,而組裝、焊接等二次加工工序會造成結(jié)構(gòu)強度、應(yīng)力等性能指標(biāo)的降低;在加工和裝配的過程中,還需要設(shè)計多個工序來保證尺寸、精度、粗糙度和密封性都符合使用要求,這大大增加了噴嘴的制作周期與技術(shù)難度。
同時,鑄造工藝的生產(chǎn)周期長,鑄件內(nèi)部易產(chǎn)生氣泡致使其結(jié)構(gòu)強度不高,燃油噴嘴使用一段時間后,易產(chǎn)生裂紋,大大減少燃油噴嘴的使用壽命;傳統(tǒng)機加對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的噴嘴流道制作目前還是有一定技術(shù)短板,復(fù)雜內(nèi)流道與零件的裝配會遇到工序多、耗時長、人力技術(shù)成本高等諸多問題,再加上噴嘴的高精度要求,也導(dǎo)致制作失敗率的增加。
金屬3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和成熟,讓燃油噴嘴的設(shè)計與制造都產(chǎn)生了顯著的變革。GE公司的技術(shù)工程師在研究了增材制造技術(shù)之后,花了4年時間重新設(shè)計新型的燃油噴嘴,原先由20個零部件組合而成的噴嘴被精密設(shè)計成了1個整體,整個噴嘴一體成型無需組裝,并成功3D打印。隨后幾年,產(chǎn)能迅速擴大,目前年生產(chǎn)量超過4萬個。