帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)冷卻方案的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件

燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)通常包括壓縮機(jī)部分，燃燒器部分和渦輪部分。通常，在運(yùn)行期間，空氣在壓縮機(jī)部分中被加壓并與燃料混合并在燃燒器部分中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體流過渦輪部分，渦輪部分將熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化為動力。這其中涉及到大量的零件在高溫下運(yùn)行。

對于航空或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中需要高溫條件下運(yùn)行的零件來說，很多零件需要帶冷卻通道。在這方面，根據(jù)市場觀察，除了冷卻通道，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。

提高局部對流冷卻效果
根據(jù)市場研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件的冷卻方案，包括在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件的壁內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。通過點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。

據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件或部件的某個(gè)部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）的設(shè)計(jì)和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負(fù)荷和局部壽命要求。

不過對于任何給定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來說，實(shí)際設(shè)計(jì)可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的特定參數(shù)。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）可以通過諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。不過，據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。

左手冷卻通道，右手點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
談到發(fā)動機(jī)部件的冷卻技術(shù)，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據(jù)市場觀察，增材制造技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)帶冷卻通道的發(fā)動機(jī)葉片從而使得這些葉片可以在極高的溫度下運(yùn)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(fā)生變形。而3D打印可以使得冷卻通道的形狀極為復(fù)雜，從而提高冷卻效率，使得發(fā)動機(jī)可以在更高的溫度下運(yùn)行，從而使得飛機(jī)的運(yùn)行效率更高，更經(jīng)濟(jì)。

而UTC聯(lián)合技術(shù)將點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)應(yīng)用到發(fā)動機(jī)零件的冷卻解決方案，可以說是通過冷卻通道冷卻之外的又一嘗試。由于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的存在從而保持了廣泛的熱交換表面，可以獲得較高的散熱表面/體積比。

從汽車到航空航天，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)用于提高熱交換效率

在這方面，根據(jù)市場觀察，不少公司進(jìn)行了通過點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行散熱的商業(yè)化努力，其中包括HiETA Technologies與Delta Motorsport合作設(shè)計(jì)和制造、用于微型燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的并流換熱器，以及Conflux所制造的下一代高效能熱交換器。而此前，菲亞特克萊斯勒(FCA汽車集團(tuán)）還與McMaster大學(xué)建立了一項(xiàng)合作，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種新的鋁制汽車散熱器，使得通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車散熱器可以比FCA集團(tuán)生產(chǎn)的汽車中使用的汽車散熱器更輕，并且還可以保證其性能。

通過 UTC聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)用于提高熱交換效率不僅僅在汽車領(lǐng)域獲得重視，同樣在航空航天領(lǐng)域得到了深化。UTC聯(lián)合技術(shù)在3D打印領(lǐng)域正在獲得一系列的進(jìn)展，相信這些前沿領(lǐng)域的探索在不久的一天將會轉(zhuǎn)化為商業(yè)化的結(jié)果。

來源：3D科學(xué)谷