中國(guó)又叒實(shí)現(xiàn)美軍PPT規(guī)劃!一天幾千發(fā)也沒(méi)問(wèn)題：3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)成功

這次中國(guó)突破的不是工業(yè)皇冠上的明珠，而是將明珠變成白菜以及為未來(lái)超大規(guī)模生產(chǎn)做好準(zhǔn)備的技術(shù)，3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)，這是一種將巡飛彈提升到巡航導(dǎo)彈級(jí)別的重要裝備，同時(shí)也可以讓這種高等級(jí)巡飛彈流水線生產(chǎn)的必要技術(shù)！

這么形容吧，2024年美國(guó)國(guó)防部提出的百萬(wàn)架“復(fù)制者”無(wú)人機(jī)計(jì)劃，美國(guó)這邊還沒(méi)譜，中國(guó)這邊的大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)鋪墊好了，這又是一個(gè)美國(guó)提出PPT，中國(guó)來(lái)實(shí)現(xiàn)的完美配合，接下來(lái)美國(guó)的PPT也用完了，未來(lái)中國(guó)只能自己寫(xiě)PPT了！

3D打印渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)試飛：太不容易了

先來(lái)一波央視原版新聞報(bào)道，鋪墊下這款航發(fā)的使用背景以及相關(guān)能公開(kāi)的部分?jǐn)?shù)據(jù)：

由中國(guó)航發(fā)自主研制的3D打印極簡(jiǎn)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，圓滿(mǎn)完成首次單發(fā)飛行試驗(yàn)，標(biāo)志著3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)在工程應(yīng)用領(lǐng)域取得重要突破。本次飛行試驗(yàn)持續(xù)30分鐘，飛行高度達(dá)6000米。該款發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)四分之三重量的零件都是3D打印制造，大幅減少了零件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了輕量化、高性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)，為下步更高高度與速度飛行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

據(jù)此前中國(guó)航發(fā)的相關(guān)報(bào)道，這款3D打印的極簡(jiǎn)輕質(zhì)微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力達(dá)到了160公斤級(jí)，作為微型渦噴來(lái)說(shuō)，這個(gè)推力已經(jīng)相當(dāng)大了！

中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所總師辦主任米棟表示，這次單發(fā)飛行試驗(yàn)成功，表明發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的飛行高度以及更復(fù)雜環(huán)境下的可靠性得到了進(jìn)一步驗(yàn)證，檢驗(yàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)與飛行器的適配性，可為巡飛彈、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)等平臺(tái)提供新型動(dòng)力解決方案，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

估計(jì)有了解渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的朋友已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)突破性進(jìn)展到底意味著什么了，因?yàn)樵诖蠹业挠∠笾校?D打印，在金屬領(lǐng)域一般指的就是激光增材制造，大部分情況下因?yàn)榫葐?wèn)題，可以用作結(jié)構(gòu)件是沒(méi)問(wèn)題的，但用在要求極其精密的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件場(chǎng)合也忒狠了吧！

稍稍有點(diǎn)常識(shí)的朋友都知道，就算是最簡(jiǎn)單的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)渦輪的加工精度要求是極高的，更不要說(shuō)是160公斤級(jí)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)其壓氣級(jí)結(jié)構(gòu)，一般有離心式與軸流式兩種，發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)主要分為壓氣級(jí)、燃燒室、高溫渦輪以及尾噴口等主要結(jié)構(gòu)，大致如下圖：

上圖就是軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，有多級(jí)壓氣級(jí)，氣流從從低壓壓氣級(jí)流入，經(jīng)過(guò)多級(jí)壓氣級(jí)壓縮后到高壓壓氣級(jí)，最后高壓氣流到燃燒室噴入霧化燃料點(diǎn)燃、高溫燃?xì)馔苿?dòng)高溫渦輪工作后從尾噴口排出形成動(dòng)力，而高溫渦輪的旋轉(zhuǎn)則成為帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)從低壓壓氣級(jí)到高壓壓氣級(jí)工作的動(dòng)力，形成自持。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，好在推重比比較大，一般像戰(zhàn)斗機(jī)這種需要高推重比的場(chǎng)合大都使用軸流式，比如我國(guó)早期的殲-6、殲-7以及殲-8等用的都是這種軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。但是有些場(chǎng)合的發(fā)動(dòng)機(jī)推力并不需要那么大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及重量等控制要求比較高，比如在無(wú)人機(jī)和靶機(jī)或者巡航導(dǎo)彈，一次性使用的場(chǎng)合對(duì)成本要求更高，所以往往會(huì)選擇另一種離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

上圖是一個(gè)離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)圖，氣流從前方經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的離心渦輪后被壓縮，經(jīng)過(guò)周?chē)臍饬魍ǖ肋M(jìn)入“環(huán)形燃燒室”，噴入霧化燃料后點(diǎn)燃，高溫燃?xì)饬鹘?jīng)過(guò)推動(dòng)高溫渦輪后從尾噴口排出形成動(dòng)力。這種離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)比軸流式要簡(jiǎn)單的多，中小型推力的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)大都是這個(gè)結(jié)構(gòu)。

不過(guò)有一個(gè)事實(shí)必須要說(shuō)明下，無(wú)論是軸流式還是離心式，對(duì)于壓氣級(jí)風(fēng)扇葉片以及離心渦輪的加工要求極高，原因也非常簡(jiǎn)單，這個(gè)渦輪的轉(zhuǎn)速極高，一般中小型軸流式渦噴的壓氣級(jí)轉(zhuǎn)速在20000 - 45000r/min左右，離心式更高，中小型微型離心式的渦輪轉(zhuǎn)速在46000 - 90000r/min。

上過(guò)中學(xué)物理的朋友都知道，轉(zhuǎn)速越高，對(duì)渦輪的動(dòng)平衡要求就越高，渦輪都是五軸機(jī)床加工的，用的就是一整塊鋁，然后使用洗削加工出一個(gè)非常精致的離心渦輪，很多男生特別喜歡看這個(gè)加工過(guò)程，也有男生把這種發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)模型放在書(shū)桌上當(dāng)擺件，有一種看起來(lái)狂野的賽博朋克機(jī)械美。一般而言，在這種場(chǎng)合下工作的離心渦輪精度要求如下：

型面、輪轂表面的公差需控制在 ±0.005 - ±0.01mm；

離心渦輪壓氣機(jī)葉片，加工精度甚至能達(dá)到 ±0.005mm；

榫頭與榫槽的配合間隙需嚴(yán)格保持在 0.01 - 0.03mm

了解機(jī)械加工的朋友都知道，一般的五軸加工中心精度大概在±0.005mm - ±0.02mm，這個(gè)渦輪葉片到了五軸加工中心的極限，當(dāng)然更高精度的也不是沒(méi)有，就是精度越高每小時(shí)加工的成本自然也就越高了。

以加工直徑200毫米、精度±0.005mm的離心渦輪為例，整體單件加工工時(shí)通常在12-30小時(shí)左右，按普通五軸加工中心每小時(shí)加工費(fèi)用大概在90~300元左右，那么這個(gè)渦輪的費(fèi)用至少也得在1千以上，這個(gè)成本還是相當(dāng)高的。

中國(guó)的增材制造怎么就能搞出那么高精度？

上文已經(jīng)說(shuō)了，所謂的3D打印對(duì)于金屬件來(lái)說(shuō)就是激光增材制造，簡(jiǎn)單一點(diǎn)理解就是將融化的金屬層層堆疊，半固化后繼續(xù)上一層，形成一個(gè)連續(xù)的、比較致密的金屬結(jié)構(gòu)，可以制造結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的工件，比如無(wú)法用切削或者鑄造或者沖壓以及粉末冶金等制造的工件，多孔不規(guī)則蜂窩件，就無(wú)法用傳統(tǒng)方式制造。

另一個(gè)是大型結(jié)構(gòu)件，比如戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)承力框，銑削的話，差不多是一塊大的鈦合金板材，然后切消掉90%，剩下一點(diǎn)點(diǎn)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的受力框架，材料浪費(fèi)，加工周期長(zhǎng)，成本極高，這種模式下用激光快速成型顯然可以做到性?xún)r(jià)比最高。

激光增材制造優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，首先就是其制造方式，一般都是粉末金屬材料融化后層層堆積，可能會(huì)沒(méi)有完全融化或者夾雜微小氣孔，形成細(xì)微結(jié)構(gòu)缺陷；另一個(gè)是增材制造無(wú)法加壓，所以增材制造件沒(méi)有致密結(jié)構(gòu)；還有一個(gè)問(wèn)題是增材制造無(wú)法做到高精度，因?yàn)槿诨慕饘僖刂凭入y度很大，通常用在結(jié)構(gòu)件制造上，很少會(huì)用在需要高精度配合的場(chǎng)合。

激光增材制造一般有兩種類(lèi)型，分別是粉末床熔融類(lèi)和直接能量沉積類(lèi)，其中在粉末床熔融類(lèi)下有一種選擇性激光熔化（SLM）的工藝精度可以做到很高，其專(zhuān)門(mén)針對(duì)鈦合金、不銹鋼、鋁合金等金屬粉末原料進(jìn)行加工，通過(guò)激光熔融金屬粉末并逐層凝固，最終成型的零件致密度接近100%，力學(xué)性能可媲美甚至優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造、鍛造的金屬零件，能直接用于工業(yè)級(jí)零部件生產(chǎn)。

這種工藝的最高精度可以達(dá)到0.05mm以下，當(dāng)然這個(gè)距離要求極高的離心渦輪似乎還有點(diǎn)距離，如果精度要求不夠高，還能通過(guò)銑削加工進(jìn)一步提高精度，在增材制造后再進(jìn)行精加工，那工時(shí)會(huì)下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，綜合成本大大下降。

綜合分析來(lái)看，11月13日公布的3D打印極簡(jiǎn)輕質(zhì)微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，其3D打印工藝有可能是選擇性激光熔化（SLM），同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)階段的拓?fù)鋬?yōu)化與數(shù)字建模以及打印過(guò)程的工藝閉環(huán)控制獲得高精度模胚，然后通過(guò)銑削獲得高精度渦輪。

中國(guó)又叒實(shí)現(xiàn)美軍PPT規(guī)劃：走美國(guó)的路，讓美國(guó)無(wú)路可走

估計(jì)看到這里，很多朋友依然不知道中國(guó)這樣使勁折騰到底是為什么？這么說(shuō)吧，一臺(tái)能加工離心渦輪的五軸加工中心成本怎么都下不來(lái)，國(guó)產(chǎn)的大概在50~300萬(wàn)之間，進(jìn)口的大概在200~500萬(wàn)左右，并且在可見(jiàn)的未來(lái)這個(gè)成本很難再降低了，因?yàn)檫@個(gè)加工中心的復(fù)雜度太高。

但是激光增材制造成本卻在快速下降，隨著激光器件的成本快速下降，這種設(shè)備普及度已經(jīng)很高。比如家用的3D打印大都是塑膠件，這種雖然用不到激光打印，但原理類(lèi)似。而金屬件的增材制造比起前些年來(lái)已經(jīng)大幅度下降，其成本下降趨勢(shì)要遠(yuǎn)比加工中心來(lái)得迅猛

了解這個(gè)背景的目的就是要讓各位知道，一旦“極簡(jiǎn)輕質(zhì)微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)”的制造鋪開(kāi)，那么用激光增材制造的速度將遠(yuǎn)比銑削加工要快得多，并且成本也要低得多，一天就生產(chǎn)出幾千臺(tái)的可能性是極高的。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)是巡飛彈、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)的動(dòng)力，這么說(shuō)吧，現(xiàn)代的巡飛彈大都是螺旋槳作為動(dòng)力，其最高速度大概在200公里/小時(shí)左右，基本已經(jīng)到極限了，俯沖可能會(huì)快點(diǎn)，但因?yàn)槁菪龢蛩兀@個(gè)速度提高也是有限的。

如果將巡飛彈的動(dòng)力換成渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，那么其速度可以輕易達(dá)到高亞音速，比如在800~900千米/小時(shí)的速度，這個(gè)速度其實(shí)夠用了，巡飛彈組要是省油長(zhǎng)航時(shí)巡飛，可以用螺旋槳與噴氣式結(jié)合，長(zhǎng)航程用螺旋槳，高速飛行將螺旋槳折疊用噴氣式動(dòng)力。甚至可以超音速飛行，各位有聽(tīng)過(guò)超音速的巡飛彈嗎？這個(gè)就有點(diǎn)恐怖了吧！

更可怕的是其生產(chǎn)速度，目前的巡飛彈用的大都是無(wú)刷電機(jī)（微型），或者活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，比如伊朗生產(chǎn)的小摩托，這類(lèi)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)大都是航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，空燃比可調(diào)以適應(yīng)不同高度飛行，結(jié)構(gòu)一點(diǎn)都不簡(jiǎn)單，其生產(chǎn)速度受到各種制約，要是能3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)瓶頸將被直接解決，每天幾千臺(tái)甚至數(shù)萬(wàn)臺(tái)的巡飛彈，烏央烏央的飛向敵人陣地，估計(jì)上帝見(jiàn)了也只能禱告。

2024年8月，美國(guó)國(guó)防部副部長(zhǎng)凱瑟琳·希格斯在華盛頓的國(guó)防創(chuàng)新論壇上正式宣布了“Replicator”（復(fù)制者）計(jì)劃的誕生，這個(gè)計(jì)劃是打算在未來(lái)2年內(nèi)生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)架無(wú)人機(jī)和無(wú)人艇，在未來(lái)臺(tái)海危機(jī)期間，從空中、水面與水下對(duì)中國(guó)發(fā)起全面攻擊。

比較有趣的是2年過(guò)去了，這數(shù)百萬(wàn)架無(wú)人機(jī)影子都沒(méi)有，甚至連無(wú)人機(jī)的方向都還沒(méi)定下來(lái)！而無(wú)人艇則更有趣，在美國(guó)防部投標(biāo)成功的兩家承包商，今年6~7月份測(cè)試水面無(wú)人艇時(shí)竟然雙雙發(fā)生撞船事故，其中一次還差點(diǎn)把測(cè)試工程師的船給撞翻了，搞得美國(guó)防部一點(diǎn)脾氣都有。

簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)就是2年的時(shí)間過(guò)去了，但這復(fù)制者計(jì)劃卻毫無(wú)進(jìn)展，有的只是大把花錢(qián)！從93閱兵后，全世界都意識(shí)到，中國(guó)公開(kāi)的那一系列無(wú)人機(jī)、無(wú)人艇、無(wú)人潛艇、無(wú)人戰(zhàn)車(chē)與機(jī)器狗等都是成體系的，已經(jīng)把美國(guó)當(dāng)年提出的全域作戰(zhàn)模式的PPT給實(shí)現(xiàn)了。

而這次又突破了3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)，這意味著制約無(wú)人裝備生產(chǎn)最大的因素發(fā)動(dòng)機(jī)也徹底解決了，也就是說(shuō)目前橫亙?cè)谥袊?guó)暴兵計(jì)劃面前的所有障礙都已經(jīng)清除，唯一的攔路虎只是找個(gè)適當(dāng)?shù)睦碛桑哉?qǐng)高市早苗說(shuō)話算話啊，千萬(wàn)別慫！中國(guó)在所有方向上用兵都有很重的心理負(fù)擔(dān)，唯獨(dú)對(duì)日本是完全沒(méi)有！年輕的將士們希望建立功勛，日本方向可能是唯一的機(jī)會(huì)了！