看UTC如何將3D列印用於管道式換熱器系統

燃氣渦輪發動機，諸如那些為現代商用和軍用飛機提供動力的燃氣渦輪發動機通常包括管道式換熱器系統，管道式換熱器系統具有換熱器和相關聯的設備以與氣流交換髮動機熱量。燃氣渦輪發動機架構通常規定管道式換熱器放置在包封發動機的機艙內。

常規換熱器芯部具有均勻的內部幾何結構和外部幾何結構的部分原因是由於製造的複雜性使得設計方面需要妥協。然而常規製造技術製造的管道式換熱器大部分並不具備根據空氣動力學優化的幾何結構，這可導致發動機性能弊端。

UTC聯合技術公司開發出用於燃氣渦輪發動機的管道式換熱器系統的新型整流罩，其創新之處在於通過 3D 列印增材製造來完成異形複雜換熱器結構的製造。

熱疲勞通常是限制換熱器壽命的主要方面，而 3D 列印-增材製造換熱器具有低循環疲勞的特點。與基於典型波紋和釺焊組裝技術需要不同材料的常規製造技術相比較，3D 列印技術可以實現更加優化的材料組合，並且不需要焊接過程。 UTC 聯合技術公司基於熱傳遞需求設計了減少造成熱疲勞的表面特徵並且優化了幾何結構，從而更加有效的管理熱傳遞。

此外，在某些案例中，與等同熱容量的「磚」狀結構設計的換熱器相比較， 3D 列印的波狀外形的外部幾何結構體積減少約 15-20％。結合波狀外形的增材製造結構，可以實現理想的空氣動力學，而無需像以前那樣需要妥協於製造的局限性。

增材製造工藝有利於製造基於熱傳遞要求的幾何結構，並且自始至終使應力水平平衡。例如，翅片密度、厚度和類型可自始至終變化，以使得應力相對於熱負載平衡。為了最大化結構負載，內部幾何結構還可包括例如蜂窩結構、三角形、點陣結構或其他承重類型結構。

談到發動機部件的冷卻技術，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據市場觀察，增材製造技術可以用來實現帶冷卻通道的發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生變形。而3D 列印可以使得冷卻通道的形狀極為複雜，從而提高冷卻效率，使得發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，更經濟。

其實 3D 列印的應用，除了讓發動機提高散熱效率的葉片 3D 列印技術，在燃氣渦輪發動機部件的冷卻方面， 3D 列印的應用越來越深入，在這方面， UTC 等公司正在領跑行業應用發展。

UTC 聯合技術正在將 3D 列印點陣結構應用於燃氣渦輪發動機部件的冷卻方案，包括在燃氣渦輪發動機部件的壁內部的點陣結構。通過點陣結構為燃氣渦輪發動機部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。

UTC 聯合技術所設計的點陣結構可以適應於任何給定的燃氣渦輪發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，可以調整以匹配外部熱負荷和局部壽命要求。

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