谷研究 l 看3D打印如何制造特别适用于飞机环境控制系统的双壁管

| 3DScienceValley · 2019/09/27

通过3D打印实现双壁结构零件，从而避免焊接与额外的组装过程，此前空客子公司Premium Aerotec通过选区激光熔化3D打印技术生产A400M军用运输机燃油系统的双壁管弯头。而根据3D科学谷的市场研究，意大利MICROTECNICA通过3D打印技术制造了特别适用于飞机环境控制系统的双壁管。

ECS保障飞行安全性与舒适性

节约工序降低成本

飞机环境控制系统(ECS-Environment Control System)是保障飞机乘员和旅客安全舒适、为机上电子设备提供正常工作环境条件的设备。飞机环境控制系统主要由引气系统、空调制冷循环机构、空气分配系统以及座舱压力调节系统组成，通过这些系统的运行实现座舱供气和空气分配、座舱压力控制、温度以及湿度的控制，进而保证飞机的“舒适性”。此外，飞机环控系统还包括除冰系统以及惰化系统等，在飞机飞行过程中及时除去翼面结冰，向油箱不断充入惰性气体降低含氧量，进而提高飞机飞行的“安全性”。

在某些情况下，ECS的空气管道内表面可能会结冰；也就是说，管道变得如此寒冷，以至于空气中的任何水分都会冻结到管道的内表面上。这而当管道加热时冰会破裂，并且冰块会夹带流过管道的空气中在下游造成问题。此外，结冰会减小管道的内径，并可能使空气流量降至可接受的极限以下。因此，需要将ECS的空气管道保持在可以避免该问题的相关临界温度条件下。

根据3D科学谷的市场研究，意大利MICROTECNICA通过3D打印技术制造了特别适用于飞机环境控制系统的双壁管。外壁与内壁径向间隔开，从而在内壁和外壁之间存在环形间隙。在内壁和外壁之间的环形间隙中延伸的壁，使得在环形间隙中形成流动通道，流体可通过该流动通道循环以控制内壁的温度。

图1:双壁管的透视图

图2:双壁管的剖视图；
图3:除去内壁后的双壁管的图；
图4:另一种形式的双壁管的内壁的示意图
来源：US10422448B2_double-walled pipe-Microtechica-20190924

受控流体的螺旋流动路径确保热量分布更加均匀，从而确保内壁上没有热点或冷点。螺旋流动增加了控制流体的停留时间，提供了更均匀的热量分布，并增加了管道的强度。

通过3D打印-增材制造工艺，可以容易地形成具有复杂几何形状的双壁管。如果要通过传统的制造方法来制造这种双壁管，则需要内管与外管的组装过程，这会削弱整体结构。此外，要确保螺旋壁既连接到内壁又连接到外壁是非常困难的，并且铸造双壁管不仅增加成本，并增加制造双壁管所需的步骤。

此外，通过3D打印-增材制造技术还允许以低成本制造双壁管，因为该过程中使用的唯一材料是形成双壁管的材料，从而节约材料。另外，由于不需要特殊的工具，因此可以进一步降低生产成本，并且还可以缩短生产交货时间。

由于3D打印释放了设计的自由度，可以进一步优化设计从而尽可能少的使用材料，以减轻管道的重量，这在航空航天应用中显然是有利的。

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