近日，据香港知名国际媒体《南华早报》消息称，中国西部的一组研究人员在涡扇发动机内部开发出了一种革命性的“鲨鱼皮”结构，这种结构可以减少10%的阻力，大幅提升发动机的效率。
观察人士指出，该技术的背后是一种高强度、大规模的钛合金精密3D打印技术，这一突破或将帮助中国在下一代航空发动机的研发竞赛中赶超美国及其盟友。
新型发动机技术的挑战与机遇
随着全球对更高效、更低油耗的发动机需求日益增加，发动机技术的研发之路充满了挑战。美国空军曾表示将放弃适应性发动机过渡计划（AETP），转而升级现有发动机，而这一决定被认为可能让中国有机会迎头赶上。
美国空军生命周期管理中心的推进部主任John R. Sneden在接受《航空与太空部队杂志》采访时表示，中国在推进技术的开发和生产方面投入巨大，正在快速缩小与美国的差距。
“我们正在失去推进技术的领先地位。”Sneden补充道。
与此同时，中国于上周四宣布对高端航空发动机组件、制造设备及具有潜在军事应用的技术实施出口限制。据中国海关数据，美国是今年前四个月中国航空产品的最大买家。
长期以来，中国在航空发动机技术方面一直落后于美国，一些观察人士估计差距高达30年。然而，随着发动机制造从传统方法向3D打印技术转变，这一差距正在迅速缩小。
2022年12月，通用电气（GE）宣布使用激光3D打印技术制造涡轮中心框架。仅仅一年后，中国研究团队提交了一篇论文，展示了一个比GE的组件更大、更复杂的组件。
这一成就得益于中国顶尖的国防研究机构西北工业大学的合作，研究团队成功制造出一种名为中介机匣的巨大组件，其直径超过一米，具有深度仅为15至35微米的仿生槽，比人类头发还要细。这种大规模硬质合金组件的精密3D打印曾被认为是不可能的。
中介机匣是航空发动机中最重要和最复杂的承载结构组件之一，不仅连接发动机的前进气风扇和压气机，还作为发动机与机身的连接件。它需要承受高压高温气体的冲击，同时将发动机的推力和扭矩传递给飞机。尽管最薄处仅3毫米（0.11英寸），但它能够承受超过10吨的载荷，这对设计和制造提出了巨大挑战。
研究团队使用主流的3D打印技术和商业软件，创造了一个比传统铸件轻25%的原型，且足够坚固，可以承受鸟类撞击等冲击。实验室测试证实其“满足机械性能、减重和可制造性的要求”。
尽管目前的超快激光熔化增材制造技术已经达到了3微米的精度，但在材料熔化和固化过程中快速加热和冷却引起的应力和变形仍然是工厂的一大难题。然而，研究人员相信，这项技术将在不久的将来彻底改变航空工业。
“空心风扇叶片将不再局限于传统的蜂窝或桁架结构，而是可以采用拓扑优化的内部骨架结合格子结构甚至是超材料。空心率可以提高到45%以上，并且预计具有更好的抗冲击性能，”张博士的团队在论文中写道。
通过整合设计和增材制造技术，管道和冷却通道也可以嵌入机匣中以改善冷却性能。研究人员表示，“利用形状记忆合金，我们还可以设计和制造具有自适应调节功能的智能排气喷嘴，消除复杂的机械结构，实现显著的结构减重。”
中国在航空发动机技术方面的突破，特别是3D打印技术的应用，展示了中国在高科技领域的巨大潜力。这不仅有助于中国在全球航空工业中占据更有利的地位，也为未来的技术创新提供了广阔的空间。
全球发动机技术格局的变化
近年来，中国在航空发动机技术方面的进步令世界瞩目。从传统制造工艺向3D打印技术的转变，标志着中国正在逐步缩小与西方发达国家的技术差距。
西方国家，尤其是美国，一直在航空发动机领域占据主导地位。然而，随着中国在这一领域投入大量资源和研发力量，全球发动机技术的格局正在发生深刻变化。
美国空军放弃适应性发动机过渡计划（AETP）的决定，虽然是基于现实考量，但却给中国提供了赶超的机会。美国的这一策略调整，使得中国在研发新一代喷气发动机的竞赛中，拥有了更多的主动权和发展空间。
Sneden的言论表明，美国内部对这一变化感到担忧，认为中国在推进技术方面的投入和进步正在威胁美国的领先地位。
中国在3D打印技术方面的突破，不仅提升了发动机的制造精度和效率，也为未来航空发动机的设计和制造开辟了新的路径。3D打印技术的广泛应用，将使得发动机零部件的设计更加灵活、轻量化和高效化。
然而，3D打印技术在实际应用中仍面临诸多挑战。尽管目前的技术已经实现了3微米的精度，但在材料熔化和固化过程中快速加热和冷却引起的应力和变形，仍然是需要解决的难题。如何在大规模生产中保证每一个零部件的精度和性能，是未来技术应用的关键。
中国政府和科研机构在推进技术方面的巨额投资，是中国能够迅速缩小与西方技术差距的关键因素。通过大规模的资金投入和人才培养，中国在多个高科技领域实现了飞跃发展。
特别是在航空发动机技术方面，中国的进步不仅体现了科技实力的提升，也反映了国家在战略技术上的自主创新能力。此外，中国的科研人员和机构与国际一流的合作，不仅提升了自身的技术水平，也为全球科技交流和合作做出了贡献。
稍作小结
放眼未来，随着技术的不断发展和突破，中国在航空发动机技术方面有望继续保持快速发展的势头。通过不断优化3D打印技术、提升制造工艺精度和效率，中国的航空发动机技术将迎来更多创新和突破。
特别是随着形状记忆合金等新材料的应用，智能排气喷嘴等新设计的实现，将进一步提升发动机的性能和效率。这些技术进步不仅将提升中国在全球航空市场的竞争力，也将推动全球航空工业的技术革新。
中国在航空发动机技术方面的崛起，既是国家科技实力和自主创新能力的体现，也是全球科技竞争格局变化的重要标志。
随着技术的不断进步，中国有望在全球航空发动机领域占据更加重要的地位，并为全球科技进步和经济发展做出更大贡献。天鹰分享……