清洁航空在先进制造技术的帮助下飞速发展

• 航空业是一个庞大的全球产业，提供了8770万个就业岗位，推动了全球三分之一以上的贸易，推动了4.1%的国内生产总值(gdp)，并产生了2.4%的排放。
• 为了减少对环境的影响并抵消行业的增长，航空业可以利用生成设计和增材制造。
• 先进的制造技术正在制造更轻、更高效的飞机，帮助航空业更接近国际排放目标。

在1903年12月17日在美国北卡罗来纳州基蒂霍克市的上空发生了当时看来像是奇迹的事情。这是奥维尔和威尔伯·赖特兄弟——来自代顿的自行车店主——首次完成了比空气重的飞机的动力、持续和控制飞行。他们的飞机，赖特传单它在空中只停留了12秒，飞行了120英尺，最高速度达到6.8英里每小时。然而，它的影响和飞行的短暂一样巨大:近120年后，航空业是一个庞大的产业，提供了8770万个就业岗位，实现了超过三分之一的贸易，并推动了全球4.1%的国内生产总值(GDP)。

根据航空运输行动组织(airtransport Action Group，简称:空运行动组织)的数据，航空业如此庞大，如果将其作为一个国家，其经济规模将排在世界第17位，大致相当于印度尼西亚或荷兰的规模。ATAG)，预计未来20年航空运输需求将平均每年增长3%，到2038年将支持1.43亿个就业岗位和6.3万亿美元的GDP。

这对于数百万想要放纵自己无法满足的旅游欲望的全球游客和许多想要跨国界和跨海洋做生意的全球企业来说是个好消息。然而，这对环境来说可能是个坏消息，因为根据环境与能源研究所(环境与能源研究所)的数据，航空业的碳排放量约占全球碳排放量的2.4%。EESI）.

虽然这比汽车、电力生产、工业和农业部门产生的碳排放量要少，但如果商业航空再次成为一个国家，它将成为世界上第六大污染国，排在德国和日本之间。EESI报告称，即使考虑到过去60年飞机效率的提高，2019冠状病毒病大流行之前的客运航空旅行也是全球温室气体排放增长最快的来源。

航空批评人士——例如，荷兰环保组织fossil vrij NL在7月提交了航空工业的申诉首例“洗绿”诉讼反对荷兰皇家航空公司的人坚持认为，减少航空运输影响的唯一方法就是飞行更少的飞机．但航空业看好工程技术在不阻碍行业发展的情况下，利用先进技术减少飞行对环境的影响。

因为欧盟正致力于这一使命清洁航空联合承诺它是在前身的基础上发展起来的清洁天空2联合承诺，已经发布了大约€40亿资助旨在提高飞机燃油效率的研究项目，最终目标是到2030年将温室气体净排放量减少至少30%。清洁航空项目的受益者包括通用电气航空航天公司在慕尼黑的先进技术团队、德累斯顿理工大学，以及由汉堡理工大学牵头、欧特克英国公司加入的一个支持技术成熟的财团，它们共同形成了一项联合研究，重新构想更节能的下一代飞机发动机。

被称为摩纳哥(是“大规模增材制造部件制造”的缩写)的联合研究工作重点是通过增材制造设计、优化和验证大型飞机发动机涡轮部件。问题所在的涡轮中心框架部件既复杂又重要，由100多个独立部件组成。

伦敦欧特克研究公司(Autodesk research)高级首席研究工程师安迪•哈里斯(Andy Harris)表示:“我们最终要做的是将这些部分合并为一个整体。”流线型的涡轮中心框架使部件更容易制造，最重要的是，更轻。“通过减轻涡轮中心框架的重量，可以减少燃料的使用，从而减少碳排放。此外，使用更少的燃料使飞机的运营成本更低。因此，这不仅有经济效益，也有环境效益。”

但合并100多个部分并非易事。为了实现这一目标，摩纳哥利用了两者生成设计还有增材制造。首先，团队定义了其设计参数和性能需求。然后它使用欧特克融合360年利用一系列不同的材料和制造工艺自动生成一系列设计选项。

哈里斯说:“该软件可以提供有关设计性能的信息，比如刚度、强度和安全系数，以及基于材料、制造和设计本身的部件质量和成本。”“所以它在云中生成所有这些设计，然后你可以摆脱那些太贵，或者太重的设计。这是一种非常强大的快速设计探索方式。”

该团队最终经历了四次不同的设计迭代，每一次都经历了严格的测试。

哈里斯说:“我们最初进行了结构模拟、流体模拟和制造模拟，然后我们会在汉堡制造其中一些部件，并在德累斯顿进行测试。”他补充说，团队随后将物理原型的实际性能与模拟进行了比较。“每次我们这样做，我们都能更好地理解零件的真实行为，并将其用于下一次设计迭代。每次我们都能提高系统的刚度、质量降低和压降，直到我们完成第四次也是最后一次迭代。”

该团队最终迭代的一个关键好处是使用Autodesk Volumetric Kernel实现的网格设计的气动热管理，这是Fusion 360中的一个新工具，可以促进围绕极其复杂的几何结构进行设计。

哈里斯说:“有很多高温气体通过发动机的这个部分，它变得非常热，往往会损失很多热量。”“通过使用晶格将受热的内层皮肤与外层皮肤分开，从内部到外部的热传递显著减少。在发动机的使用寿命中，我们估计这将节省160亿焦耳的热能，这意味着更多的能量通过发动机，驱动涡轮，并从发动机后部排出。”

简单地说，引擎运行效率更高。

但这种效率是无法通过传统的制造工艺实现的。因此，该团队转向了增材制造——具体来说，激光粉末床融合，其中金属粉末逐渐分层堆积，并使用高功率激光烧结。

汉堡科技大学的研究员Dirk Herzog说:“增材制造提供了设计自由，可以制造几乎所有可能来自生成设计方法的东西。”“这项技术已经清楚地展示了其节省大量资金的潜力，这是其他方法无法实现的。”

根据摩纳哥公司的说法，在这种情况下，大规模节省了30%以上，在完成设计后，他们在一个月内制造了一个全尺寸的原型通用电气添加剂设备在Autodesk设备中进行额外的后期处理，以验证打印的设计是否符合预期设计。由于航空业存在严格的安全标准，该部件可能还需要数年时间才能大规模安装到真正的飞机上。尽管如此，该项目是实现有意义的改善航空环境影响的重要下一步。

赫尔佐格说:“航空业对碳排放的贡献仍然很大。”“虽然从长远来看，电动飞行可能会解决这个问题，但与此同时，任何减少化石燃料飞机排放的可能性都需要加以利用。”

GE航空航天航空技术部驻慕尼黑高级首席工程师Ashish Sharma表示，该项目潜力巨大。他表示，该项目证明了生成式设计和增材制造大规模零部件的可行性。“整个航空航天业都非常兴奋和感兴趣，”他说，并强调同样的技术和工艺可以应用于其他发动机部件，以实现从机头到机尾的更高效率。

“零部件数量的大幅减少也有助于通过减少组装成本和时间来提高竞争力，”清洁航空联合企业项目官员克里斯蒂娜-玛丽亚·玛格丽蒂(Christina-Maria Margariti)说。

清洁航空公司支持到2035年推出颠覆性的新产品，目标是到2050年取代75%的运营机队。beplay官网客服电话生产速度是一个关键的好处，尤其是在欧盟，作为欧洲绿色协议倡议的一部分，欧盟承诺到2050年实现碳中和经济。她说:“因此，为了在2035年之前实现新飞机的投入使用，并在2050年之前实现足够高的机队替换率，需要加快上市时间和提高生产率。”在设计和制造过程时间方面的任何改进都将非常有利于实现这些目标。”