空中“打印”心脏！中国3D打印涡喷发动机成功首飞近日，中国航发集团研发的3D打印极简轻质微型涡喷发动机完成了首次飞行试验。在6千米的高空，这款微型涡喷发动机以0.75马赫的速度稳定地运行了30分钟，所有指标均已达标。6千米高空属于典型的中高空域，空气稀薄、气压较低且气流复杂，对发动机的进气效率、燃烧稳定性和结构强度都提出了严苛考验。0.75马赫的速度相当于主流螺旋桨战机的巡航速度，30分钟的持续运行则验证了发动机的续航能力与可靠性。它不仅一举填补了我国160公斤推力级的3D打印涡喷发动机的空白，而且也给行业格局带来了深远的影响。这款发动机最大的突破在于它的极简设计和3D打印技术，它整机超过四分之三重量的零件都是通过金属SLM技术一体成型。传统的涡喷发动机零件众多，加工复杂，需要的工序拼接以及精度要求都非常高，耗时耗力，同时还容易出现装配的误差。而3D打印通过激光逐层熔化钛合金、镍基高温合金等金属粉末，让复杂的结构一次成型，不仅零件的数量大幅削减，而且还做到了极致的减重。钛合金与镍基高温合金本身具有高强度、耐高温的特性，配合3D打印的轻量化设计，使得发动机在保证结构强度的同时，重量大幅降低，这对于提升飞行器的续航里程、机动性能至关重要。今年7月，这款涡喷发动机就完成了4千米高空挂飞验证。而如今又完成了6千米的高空单发首飞，仅仅4个月的时间，就有了高效的技术突破，让我国在航空动力创新上抢占了先机。它的推力达到了160公斤，完全可以适配小型的无人机、靶机、巡飞弹等多种平台。而且它还能适应零下40度至50度的复杂环境，这打破了外界对3D打印的固有认知。曾经，第一代、第二代喷气战斗机的主流动力都采用了涡喷发动机。在航空工业发展初期，涡喷发动机凭借结构相对简单、推力密度高的优势，成为战机实现超音速飞行的核心动力。而第三代战机问世之后，采用的则是巡航效率更高、油耗更低的涡扇发动机。但是相对来讲，涡喷发动机在超音速飞行状态下，推进效率远远超过了涡扇发动机，而且其内部结构相对简单，不仅更适配3D打印技术，还能显著提升成型效率。中国航发选择以涡喷发动机为载体，验证了3D技术在航空动力领域的应用，不仅具有较高的可行性，而且实用价值也很高，能够最大化地释放3D打印的优势。不仅如此，3D打印成本也低，交付快。将来这款涡喷发动机完全可以规模化量产，从而为前线提供源源不断的装备支持，能够形成以量取胜的战略优势，从而保证无人机蜂群和巡飞弹的供应。美国军方曾经设想过无人机蜂群构筑地狱防线的恐怖作战场景，此次在3D打印技术下，这个概念有可能在中国率先实现。当然这项技术也可以同样运用在民用领域，像小型的通用航空、应急救援的无人机，动力重、成本高，若是使用轻量化、低成本的发动机，能够续航更长、机动性更强。目前，全球能实现3D打印涡喷发动机单发飞行试验的国家屈指可数，涉及材料科学、精密制造、热力学等多个尖端学科，3D打印涡喷发动机更是对国家综合工业实力的极大考验。我国实现了新技术和核心装备的绑定，形成了独特的竞争优势。当然此次首飞成功只是起点，后续还需要在更高的高度、更长的运行时长以及更极端的环境下验证发动机的可靠性和耐久性，同时对其进行改善升级。不过，此次航空动力领域的突破展现了我国航空工业的创新精神，也将激励更多的科研工作者勇闯技术无人区，来攻克更多的卡脖子问题。在军事装备领域，我国的3D技术已经取得了一些突破性的成果。如今已经能够独立完成多型号无人机的设计建模、3D打印成型、组装与调试。这些无人机功能贴合实战需求，既能够抗电磁干扰、引导火力打击，还能够自主识别目标，进行精准的爆破。同时，研发人员还把3D技术用在了军事设施的抢修抢建上面。他们用特种混凝土材料，进行逐层的打印，短短数小时就能够对遭受损毁的洞库进行修复和伪装。这不仅大幅节省了时间，而且为战场提供了快速有效的保障。未来3D打印技术将有望向更大推力、更复杂构型的发动机延伸，从而推动大型的涡扇、涡轴发动机实现全面的自主化。同时也将会带动制造业、新材料和人工智能等多个领域的发展，为我国从制造大国向制造强国转型提供有力的支撑。
