根据3D科学谷的市场观察，航空航天零件制造商派克航空（Parker Aerospace）2019年开始为Vericor Power System的油田燃气轮机3D打印燃油雾化喷嘴和双燃料液压歧管组件。而近日，派克的燃油喷嘴专利获得通过，本期，3D科学谷与谷友一起来深度透视派克燃油喷嘴的增材思维理念。
更均匀且更稳定
涡轮发动机通常包括从空气扩散器和燃烧室径向延伸的外壳。壳体包围着燃烧器，用于容纳燃烧的燃料。燃烧器包括衬套和燃烧器圆顶，并且点火器安装到壳体并且径向向内延伸到燃烧器中以点燃燃料。
涡轮机通常还包括多个燃料喷嘴，用于将燃料从歧管引导至燃烧器。燃料喷射器还起到在燃烧之前准备燃料与空气混合的作用。燃料喷嘴通常以均匀间隔的环形布置放置，以均匀地将燃料分配（喷雾）到燃烧室中。
内外结合的独特设计
派克开发的燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：燃料旋流器主体，具有上游部分和下游部分，燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管。在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分，从燃料歧管延伸到出口部分具有多个燃料流动通道。
派克开发的燃料喷嘴在飞机的燃气涡轮发动机中具有特定的应用，带有独特的燃料旋流器，具有独特的外部空气旋流器设计。
燃料喷嘴的外观© 派克汉尼汾专利
根据3D科学谷的深入了解，派克开发的燃料旋流器具多个优点，包括均匀喷雾，可提供更高的混合物均匀性，更有效的燃烧，并改善了火焰稳定性，同时最大程度地减少了沿燃料流动路径的再循环区域，并减少了可能导致热斑的富燃料区域的可能性，减少燃料进入旋流器的停留时间，减少喷嘴内部的焦化，减少热应力。
燃料喷嘴的测视截面图© 派克汉尼汾专利
通过3D打印-增材制造技术可以将外部空气旋流器制成无缝的结构一体化整体结构，派克设计的外部空气旋流器具多个优点，包括改进的雾化和具有较宽喷雾角度的喷雾均匀性，增加了进气口的有效面积，以最大程度地减少流动中断并增强流动性能。
派克通过增材制造技术改善了喷嘴内的燃料流动路径，改进的燃料流动路径可实现更好的燃料膜形成和雾化性能，从而优化发动机燃烧室内的燃料分配，从而改善燃烧性能。
除其他改进功能外，派克新的增材制造喷嘴内部燃料流动路径的横截面积被设计成沿流动方向减小，这使得燃料流动速度增加，燃料停留时间减少，并减少流动路径结焦和堵塞的倾向。
派克改进的空气动力学性能和喷雾性能主要通过改进旋流器叶片的几何形状，目前已证明3D打印-增材制造的具有出色的喷雾性能。
从结构方面来看，根据3D科学谷的了解，派克开发的燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的空气旋流器包括：径向外罩，径向内罩，以及旋流器叶片，旋流器叶片与外壁和内壁具有多个空气通道。径向外罩的上游边缘相对于外罩的下游部分径向向外张开，以增大进气口的有效面积。
加速增材制造产业化进程
根据3D科学谷的市场了解，派克航空为飞机制造商提供零部件和维护服务，在过去几年中服务的客户包括空客、劳斯莱斯和中国商飞等。Parker 航空制造了一系列3D打印零件，例如燃油组件和高温排气阀。
派克航空使用粉末床电子束熔化金属3D打印技术制造这些部件，消除了传统制造技术的限制，制造出性能更高的部件，部件中的零件数量显著减少。而针对于派克为TF50F燃气轮机提供的燃料喷嘴来说，与传统喷嘴相比，3D打印TF50F燃料喷嘴减少了30％的部件数量。
根据3D科学谷的了解，派克对航空航天应用中的增材制造燃料喷嘴的开发已经足够成熟，不仅将增材制造喷嘴投入生产，派克航空航天公司已获得OEM客户的认可，这一成就是一个重要的里程碑，为派克在航空航天领域的增材制造应用奠定了基础。
根据3D科学谷的深入了解，派克增材制造的长期目标是扩大其航空航天部件的增材制造产品清单，包括阀门、壳体、燃油混合器等。增材制造产品将符合FAA认证标准和AS质量要求。最终，还将满足ISO，SAE，ANSI和其他标准。
更多信息，请参考3D科学谷发布的《3D打印与航空发动机白皮书2.0》，《3D打印高温合金白皮书》
l 文章来源：3D科学谷市场研究团队
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