2020年9月14日，在由中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司和上海市增材制造協(xié)會(huì)聯(lián)合舉辦的第一屆中國(guó)（國(guó)際）航空增材制造結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大賽公示結(jié)果中，中航邁特-鋼研高納聯(lián)合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi){ “新型點(diǎn)陣微桁架結(jié)構(gòu)換熱器” 的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案喜獲大賽二等獎(jiǎng)。

本次比賽以“某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)換熱器結(jié)構(gòu)”為應(yīng)用背景，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和典型工況，基于增材制造工藝（重點(diǎn)激光選區(qū)熔化成形技術(shù)），進(jìn)行以換熱區(qū)域表面積提升及輕量化為主要指標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；并通過(guò)力學(xué)校核及流體力學(xué)熱仿真分析，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的成果進(jìn)行驗(yàn)證；最終針對(duì)優(yōu)化后模型結(jié)構(gòu)的增材制造可行性，進(jìn)行了分析與驗(yàn)證。

初始換熱器結(jié)構(gòu)

中航邁特-鋼研高納聯(lián)合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，基于換熱器結(jié)構(gòu)特征及其服役工況環(huán)境，針對(duì)其在工作環(huán)境下的內(nèi)部流場(chǎng)及熱交換效率進(jìn)行模擬分析，對(duì)原有氣相介質(zhì)流道的波紋翅片結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性地采用增材制造獨(dú)有的點(diǎn)陣微桁架填充結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了大量細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)、多工況下的強(qiáng)度校核及熱交換效果分析。最終歷時(shí)5個(gè)月，完成了點(diǎn)陣式換熱器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、力學(xué)校核、熱交換效果仿真、構(gòu)件工藝設(shè)計(jì)、試制件制造等工作。

點(diǎn)陣式換熱器 - 最終設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)圖

通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)分析，對(duì)比初始設(shè)計(jì)方案，點(diǎn)陣式換熱器實(shí)現(xiàn)：總換熱面積提升29.55%，結(jié)構(gòu)減重6.8%，最嚴(yán)苛工況下安全系數(shù)大于1.34，換熱效率和溫度均勻性都得到提升，整體件激光選區(qū)熔化成形試制成功且效果良好，驗(yàn)證了創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與增材制造工藝方案的合理性。設(shè)計(jì)工作成果顯著，為增材制造解放設(shè)計(jì)思路，提供更多可能性的特點(diǎn)進(jìn)行了良好的詮釋。

最終設(shè)計(jì)方案試制件實(shí)物圖

該設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的初審、復(fù)審和終審等層層考核與檢驗(yàn)，最終在芯體表面積、換熱效率、結(jié)構(gòu)重量、可制造性、設(shè)計(jì)合理性、報(bào)告完整性等多個(gè)方面脫穎而出，得到評(píng)委們的一致認(rèn)可，并榮獲此次殊榮。