激光天地導讀：飛機發動機的再製造是一個高度複雜、費錢且相當費時的系統工程。尤其是飛機發動機高壓葉片和壓縮機整體葉盤的修復再製造更是如此。這些部件承
受高溫、高壓和高應力，同時伴隨著高溫腐蝕和磨損的發生。葉片和整體葉盤必須經過徹底的檢修翻新或重新更換。目前現存的修復技術具有的靈活性太差，不能適應大多數情況的修復，從而導致容易修復成廢品。於是，必須對現有的葉片翻新技術進行革新。革新的目標就是減少廢品率和不斷降低維修成本。這一革新技術包括拆解前熱通道的早期評估、葉片和整體葉盤表面的新型探測缺陷的技術、更加靈活的生產製造工藝。這些流程由工藝模擬和功能模擬來預測出最優化的再生路勁，這一預測取決於葉片的工況和用戶的商業模式。本文同時介紹了壓縮機整體葉盤的再生翻新工藝。這一新工藝正在發展中且在稍後的幾年會得到應用。需要面臨的挑戰就是結構機械學、空氣動力學以及製造工藝必須適合複雜的壓縮機整體葉盤的製造維修。作為正在研究的一部分，三個新的壓縮機整體葉盤，將會被設計出來，同時經過完整的翻新再生過程。這一過程得到模擬的支持證實。為使該模擬的有效性得到證實，其結果將同翻新再生的部件同時經過壓縮測試的結果來進行對比。
圖1 飛機葉片翻新再生的工藝路徑
飛機發動機的再生翻新，又叫檢修或者大修，對飛機運營商來說是利潤非常高的一項工程，這是因為整個飛機運行費用的8%是用於飛機發動機的維修的。大約有50%的檢修費用是由於氣膜孔的問題。這些費用主要集中在高壓磨損葉片的更換上。這些高壓葉片是飛機中承受高溫、高壓、高機械應力最大的地方。因此，葉片受損後必須經常進行修復或更換。一整套GE公司的（GE CF6-80C2）一級渦輪葉片大約需要500,000美元。
渦輪葉片的再生翻修流程
為了讓這一問題得到足夠重視，聯合研究中心（CRC）871項目“複雜資本貨物的再生翻修”旨在發展以科學的理念進行飛機發動機的翻新維修，這一項目被列為最為複雜的資本貨物。CRC871的主要目標就是儘可能的將更多的磨損葉片能夠進行修復而得到再利用。與此同時，飛機發動機的功能性性能還能得到恢復甚至得到改善提高。渦輪葉片再生後的性能改善還必須儘可能減少新增加部件的數量。為了實現此目的，必須發展新的維修辦法，現有的維修辦法必須改進以提高其靈活性。對渦輪葉片的再生工藝和各級操作步驟也進行了研究，這也是CRC項目的覆蓋範圍。發展的新的再製造工藝和再生部件功能性擴展以及整個再生流程還通過模擬進行了評估。
整體葉盤的再生翻修流程
渦輪葉片的再生工程是CRC871的主要研究目的，始於2010。在文獻中，Bremer發展了一種自動化的工藝步驟來修復渦輪葉片。另外一個研究焦點就是應用自適應技術來作為測量手段來補償部件之間的差異和裝配之間的間隙。具有歷史性變革的渦輪葉片的再生工藝、狀態檢查、工藝模擬、功能模擬以及不同再生路勁差異的評估市目前還沒有公開報道的。
在2014年年初，維修的葉片和壓縮機整體葉盤組合在一起是主要的研究項目。在現代民航飛機發動機工業中，整體葉盤的應用越來越普遍，因為它可以顯著減輕重量。經過一段時間的運行，這些發動機都將迎來徹底翻修的過程。整體葉盤的翻修給工程師們帶來了新的挑戰，這是因為針對整體葉盤的修復工藝才剛剛開始，其部件的操作比較困難，部件的結構力學以及空氣動力學等均比較複雜且需要考慮進去。這些部件的維修同修復但個壓縮機葉片來說就顯得更加重要了。如果一個壓縮機的氣膜孔受到損傷的話，
在當今的條件下，許多情況下的整體葉盤是沒有辦法修復的，或者即使有辦法修復，其價格也非常昂貴。從而使得整體葉盤還是隻能採用新的來進行更換。對整體的再生翻修來說，新的修復技術、測量系統和評估系統均是CRC項目的研究內容。其目的就是將更多的受損葉片儘可能的修復。
多晶、定向合金和單晶的修復（文獻1）
- 文獻1：Advanced high pressure turbine blade repair technologies，January 2018，
- DOI: 10.1016/j.procir.2018.08.097，
本文介紹了CRC項目的架構和項目概況、發展的新的行業篇再生修復工藝。再生工藝的發展也做了介紹。
葉片的再生工藝：
高壓渦輪葉片是利用空氣動力學原理進行工作的，同時經受熱、機械載荷的衝擊而極易形成磨損。基於此原因，大部分的葉片需要更換新的而不能進行修復，這是因為沒有合適的工藝來修復這類磨損的葉片。
為了減少廢品率和儘可能修復更多的葉片，渦輪葉片的再生流程見圖1。在CRC871中，基於一定的工藝準則來支持或反對來確定是否能進行修復。這一準則的發展是基於部件的工藝模擬和功能性模擬來確定的。基於此目的，首要的步驟就是確定發動機部件的狀態。
單晶高溫合金的激光修復（文獻2）
文獻2：Repair and manufacturing of single crystal Ni-based superalloys components by laser powder deposition—A review，Journal of Laser Applications 27, S17004 (2015);
https://doi.org/10.2351/1.4862697，R. Vilar and A. Almeida
飛機葉片的再生步驟如下：
第一步是前期檢查；
第二步是再生翻新工藝路徑的設計；
第三步是工藝模擬；
第四步是功能模擬；
第五步是工藝路徑評估；
第六步是選擇的再生翻修路徑的執行。
在以上步驟均實行完畢後，部件進行裝配檢查，符合要求後裝機使用。
三種不同表面狀態的修復效果，文獻3
文獻3：Laser Metal Deposition as Repair Technology for Stainless Steel and Titanium Alloys. Benjamin Graf, Andrey Gumenyuk,Michael Rethmeier.
https://doi.org/10.1016/j.phpro.2012.10.051.Physics Procedia
Volume 39, 2012, Pages 376-381
據激光天地瞭解：截止至2018年我國航空維修規模達到750億元，同比增長18.67%。《航空週刊》的民用航空機隊和維修報告顯示，2017年，全球民航維修業的總市值將從2016年的632億美元增長至743億美元。在中國市場帶動下，全球航空維修領域也將保持較快發展，未來5年的平均增長率預計在3.9%左右，到2023年達到807億美元。預計到2022年，中國航空維修市場規模將接近100億美元。近幾年我國航空維修規模情況如下圖所示：
2010-2018年我國航空維修行業市場規模
我國航空維修細分市場中，發動機維修佔據主導地位，2018年發動機維修市場規模316.7億元，佔全部市場的42.22%。2018年發動機維修支出將佔總維修支出的29%。而且預計未來十年全球商用航空售後服務市場還將持續增長，增幅超過30%。在此期間，發動機維修市場預計將增長達50%，總金額達371億美元。而整個商用航空售後服務市場預計到2027年將增長到1000億美元。2018年機隊規模排名前十位的發動機系列基本都是成熟型號，如CFM國際公司的CFM56發動機系列、國際航空發動機公司的V2500、GE的GE90-115B、羅羅的遄達700等。但近年來由於新型號不斷投入運營，其維修需求也在不斷增長，如GEnx-1（約佔發動機維修市場的3%）、Leap-1B（約佔發動機維修市場的2%）。未來十年，機隊規模排名前十位的發動機系列將佔據70%的發動機維修市場，市值高達3000億美元。
2010-2018我國航空維修細分市場規模統計圖
文獻4：智研諮詢整理、航空週刊、前瞻網等
文獻來源：
https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.07.016，Recent Progress in Turbine Blade and Compressor Blisk RegenerationSession: Recent Progress in Jet-Engine Regeneration，Procedia CIRP，Volume 22, 2014, Pages 256-262
