微型涡喷发动机结构设计与商业价值

PAGEPAGE1涡轮喷气发动机制作注意事项：个人涡喷是一项能力挑 PAGEPAGE2发动机试运与工作中，不要站在涡轮的两侧正对位，以免涡轮发生事故时，钢片高速飞出，象一样，危及生命！！特别提醒!做涡喷一定要有机加工与材料，了解金属，火灾,原理，等安全知涡喷问题解答1:.得推荐的是英国人-KurtSchreckling设计的FD3-64航模涡喷发动机的设计，开创了小制做出来的涡轮，达到了良好的效果。他的理念已被改进的各种新的设计所证实，并且都是以他的设计为基础进行的提炼。数字显示，许多者根据他的著作理论，成功地10机，并进行燃烧试验和零件结构特点分析。通过制作10厘米级微型涡喷发动机，研究了10厘米级微型涡喷发动机以液化石油气作为，在制作过程中，分阶段进行燃气试验。：MicroTurbineEngine’sCombustionTestAndPartsStudyMicroTurbineEnginewiththeadvantagesoflightweight,highpowerandhighenergydensity,hasbroadapplicationprospectsinthefieldofmilitaryandcivilian.Currently,thetechnologyofMicroTurbineEngineisstillintheinitialstageofdevelopment,anditsoverallandcomponentdesignneedsfurtherdevelopmentandperfection.10-centimeter-levelMicroTurbineEngineistheresearchobjectofthispaper.Accordingtotheexistingexperimentalconditions,imakeamicroturbineengine,withngcombustionexperimentsandysisofthemainparts’structuralfeatures.Throughtheproductionof10-centimeter-levelmicroturbinejetengine,istudytheproductionmethodsoftheengine’sparts,accumulatetheexperienceofthepartsprocessing,andenhancetheabilityofpracticing.Threekindsoffuelincludingdiesel,petrol,andthemixtureofdieselandpetrolaredidcombustionteststounderstandthenatureofthedifferentfuelsanddifferentfuelcombustion,inordertoselectthemostappropriatefueltodrivethemicroturbineengine.Inordertosimplifythestructure,produced10-centimeter-levelmicroturbineengineuseliquefiedpetroleumgasasfuel.Intheproductionprocessgascombustionexperimentsarecarriedoutinthreestages.IuseSolidWorkssoftwarewithnumericalsimulationfunctiontocalculatetheefficiencyofthepressuregasturbine,andyzethecausesofloss.Iyzethestructurecharacteristicsofthemicroturbineengine’smainpartsincludingthepressuregasturbine,thediffuser,thecombustor,theturbineandsoon.Keyword:MicroTurbineEngine;production;combustion;numericalsimulation;structure摘 绪 选题背景和意 国内外技术研究与发展现 本文主要研究内 微型涡喷发动机制 工作原 零件加 进气 压气 扩压 轴和轴 外 燃烧 燃烧 涡 导流 导流 后端 整机组 本章小 微型涡喷发动机的燃烧试 燃油试 为柴 为柴油和汽油混合 为汽 燃气实 燃烧器制作完成 燃烧器与外缸配 燃烧器放入燃烧室 本章小 压气轮仿真计 压气轮的结 压气轮模型和边界条 物理模 边界条 压气轮模拟结果分 本章小 微型涡喷发动机主要零件的结构特 压气 扩压 燃烧 涡 导流 导流 机 轴 冷却系 本章小 结 参考文 致 近年来，随着微机电系统（MicroElectro-MechanicalSystems，MEMS）技术、新型半高的，可达到50KJ/g，是电池的100倍，虽然热机将化学能转变为机械能的效率较低，但是使用化学的推进系统的折合能量密度按保守估计也将是电池的10倍以上。在机最有希望的方案之一。MTE1/100～1/10，但是其推重比有显著提高。虽然微小尺度下气动损失、传热问题以及加工制造问题的影响会制约MTE正在开发各种面向军、民领域的产品。国防部预研计划局（DARPA）于1997年制定了一项耗资3500万的计划，对微型飞行器的各项关键技术如：微型飞行器平台、微50mm0.01～100N之间的微型涡喷发动机相关技术研究，并计划在近一、两年内起动过程比较复杂，需要协调点火控制、起动电机控制及供给的时机规发动机尺寸有了较大幅度的减小，根据普惠公司给出的动机推力密度与尺寸的关交通大学针对微型涡喷发动机燃烧关键技术开展微缩小，采用增压燃烧可有效地扩大着火浓度极限，提高燃烧稳定性。微型燃烧室为外径20mm10mm3mm20m研究还停留在理论阶段，和国外相比还有较大的差距2]，这需要加大对于微型发动机的研MTE10.41③以氢为采用预先掺混的燃气整体式燃烧室无冷却气流燃烧温度为100～200万转/1-1MTE45N（见图1-2，技术特点为：②以氢为，回流式燃烧室，有冷却气流，燃烧温度约为45万转/1-2斯坦福大学的MTE105N～100N不等(1-3)。其技术特①以铝、高温合金作为主要结构材料，采用常规发动机制造技术辅之以精密仪器制②以添加少量润滑油的航空煤油为，燃烧温度1100K左右③一般采用单级离心压气机和单级向心（或轴流式）10万转～16万转/1-310以及相关技术上的难度却是随着尺寸的减小而逐渐增大的。对于这三类微型发动机的研究，我国基本还处于起步阶段。10厘米级微型涡轮喷气发动机，进行了实际制作和理论分微型涡轮发动机的燃烧试验研究微型涡喷发动机的制作对加工工艺要求很高，我们利用现有资源，根据实际条10厘米级的微型涡喷发动机的试验样机。本章叙述了微型涡喷发动机的2-110烧室。在燃烧室内，喷入的与空气混合后剧烈燃烧，燃烧后高温高压的烟气具有很大2-11010厘米级微型涡喷发动机的主要零件，包括：进2-2是进气口的设计图，进气口外侧轮廓为光滑弧线，实际加工过程中，为了加工2-3110m的铝棒为原料，切取图2-2进气口设计 图2-3进气2-4所示。2-4压气扩压器原料为直径为110mm的铝棒，在数控机加工而成，如图2-5所示2-5扩压轴（见图2-6）是高速旋转的部件，在微型涡喷发动机运行时，要同时承受高温和很14mm，为了加2-640mm2-72-7将不锈钢洗净擦干之后，固定切割机上，保留缸底，切割去杯口部分，剩下的杯体长度为100mm。由于一个不锈钢杯的长度不够，故再取另外一个，切除其杯底和杯32mm的一段，焊接到第一段杯体上。2-8燃烧器（见图2-9）要求有较好的耐热性能，并且易于加工，选用铜管作为原料。首4mm的铜管，用相应直径的模型将其弯曲成弧形。用钳子将270毫米的铜管。注意喷油作完成之后，用高温密封胶将其和供油圈粘接。注意粘接之前先用清2-9燃烧0.5毫米的不锈钢板来加工燃烧室。燃烧室由三部分组成，即前端盖、内100mm39mm的孔。1:1的平面内壁图纸，然后黏贴到不焊接之前用擦净接触部分。燃烧室内壁如图2-10上部所示。外套（2-11）100mm的不锈钢杯制作。用线切割机将杯口部分切去，77mm71mm的孔。在杯体侧面和上面打孔，为用点焊机焊接固定。用外径6毫米内径4.5mm的不锈制作燃烧室内直管六根，再用点所示。 2-10燃烧室内壁和前端 2-11燃烧室外2-126毫米不锈钢板加工。先用线切割加工出合适尺寸的不锈钢圆板。然后在数控铣加工出毛坯。在叶片部分用线切割机等分切成19份，切割缝不能太小，以防2-132-14所示。图2-13扭转涡轮叶 图2-14涡0.5mm0.5mm厚的白铁皮制成。先用线切割切出两个不2-15所示。两个矩形钢板弯曲焊接固定后，形成11个叶片，焊接到内筒和外筒之间。2-16所示。图2-15矩形和圆环不锈钢 图2-16导流0.5mm2-17所2-18所示。2-172-18导流2.2.11后端盖（2-19）110mm2-192-20，2-21，2-22所示。2-20转动部图图2-212-22整体组本章叙述了10厘米级微型涡喷发动机的工作原理和制作过程。通过制作10厘米级微微型涡喷发动机的燃烧试如果没有推力和效率要求，任何流动的、易燃的不比柴油还易挥发的都可用来驱动微型涡喷发动机正常运转3]。柴油或者相似的，比如煤油或液体石蜡，都有着差不多的最大发热量适合作为微型涡喷发动机的微型涡喷发动机也可以采用化丙烷等气体为喷气发动机用的航空煤油是特别生产的飞行器现有实验条问题而且在部分负荷下有噼啪的噪声于是在中加15到20的普通汽油或者30%可能在涡喷外部产生汽油和空气的性混合物。文制作的微型涡喷发动机，以液化石油气（主要成分是丙烷和丁烷）作为。我们做了大量的燃油和燃气试验，以了解微型涡喷发动机的性质和燃烧效果。1燃油实验装置（图3-1）由注射器，导管和细针头组成，如图3-1所示。喷射针头固定要观察为以下三种时的燃烧情况。3-13.1.1为柴以纯柴油为微型涡喷发动机的，启动时可能会比较3.1.2为柴油和汽油混合混合物中柴油与汽油比例约为4:1。燃烧情况如图3-2所示，火焰比较容易点燃，并且燃烧比较充分。说明柴油和汽油的混合物（比例约为4:1）比较适于作为微型涡喷发动机的。3-23.1.3为汽3-3所示，点燃比较容易，但是燃烧不是很充分，效果不如柴油汽3-3汽油的本文中，我们制作的10厘米级涡喷发动机以液化石油气为，在制作燃烧器和燃3-4所示。如果六个喷嘴出口3-4在燃烧室外缸（3-5）制作好之后，将燃烧器放入，进行燃气实验，燃烧情况如3-6所示。图3-5燃烧室外 图3-6燃烧器与外缸配合燃烧试3-7所示。3-7本章对微型涡喷发动机的进行燃烧试验。通过对柴油、汽油和柴油汽油混合物这三种的燃烧情况的对比，可以看出，柴油与汽油的混合物（比例约为4:1）较易点燃，燃烧充分、良好，在普通实验条件下，最适于作为微型涡喷发动机的。通过燃烧器制上了解了以液化石油气作为微型涡喷发动机时的燃烧效果，检验了燃烧部件的性能，压气轮仿真计根据压气轮的结构形式和空气的流动特点可将其分为轴流式、离心式(或称径流式)以应用型发动机，故本文中的微型涡喷发动机采用离心式结构压气轮。者之间[4]。由型涡轮发动机能量损失较大，故选择效率较高的后弯型叶轮.。压气轮的主要几何参数如图1所示已知叶轮外径D2=63mm，叶轮内径D1=13.5mm，H21.5mm4-2。4-14-24-4lidrks4-34-42mm4-44-3压气轮转动速度为12560rad/s，处压力为标准大气压101325Pa，质量流量为0.23kg/s，出口处压力也是101325p，出气体温度都是293.2K，气体为理想气体，标准1.293kg/m34-54-54-6是仿真模型右剖视图上的压力分布图，从图上可以看，空气基本上是均匀流入4-64-7是压气轮流道截面上的压力分布图，空气压力在压气轮和进气口内壁之间分布4-7经过仿真计算得到压气轮出口平均压力P2为193365Pa，扭矩M为1.583N*m。已知压气轮进口压力P1为标准大气压101325Pa，空气体积流量Q为0.178m3/s，压气轮转速12560rad/s。通过（4-1）计算可得，压气轮的增压比为1.91。运用（4-2）计得到压气轮的效率0.82。

（4-（4-1.910.82次流，这是压气轮效率损失的重要原因之一。压气漏气损失大等问题。考虑到微型压气轮存在的问题，在10厘米级微型涡轮发动机上，我5-1S型叶轮结构的压气轮，这种设计减少了零件数目，简化了结构。5-1压气微型涡轮发动机采用叶片式扩压器（5-2），叶片分为径向和轴向两部分，减少气5-2燃烧微型涡喷发动机的燃烧室存在如下技术难点：1）面容比（S/V）1-2个数量级，这使得传热损失大大增加；2）2-3ms，这要求改进常规雾化5-3随着微型涡喷发动机燃烧室尺寸的减小，和空气在燃烧室中的驻留时间减少，影响了混合和化学反应所能占用的时间.此外，随着尺寸的减小，微型涡喷发动机燃烧尺寸产生的火焰淬熄可能会影响的燃烧极限.为了提髙微燃烧室的效率需要在保证足引入二股气流，从而在燃烧室壳体内形成掺混区，气膜冷却区，高温燃气与火焰筒表面，达到降温、冷却的目的。5-4涡微型涡喷发动机扭矩小，单级涡轮连接时采用摩擦传扭来代替套齿传扭，使结构更加简单。但如需要维修拆下再装配时很可能会造成动平衡破坏，这将难以保证发动机的动平衡。为了解决这个问题，需要在动平衡时作好记号，以保证发动机再次装配后的动平衡。当涡轮在高温下工作时，轴与涡受热膨胀，配合面预紧力减小，需要适当加大接前端面定位。5-55-6所示，它由尾喷管、尾锥体组成，通过螺钉与燃烧室外机匣连接，尾锥体与紧固涡的螺母做成一体，以简化结构。5-65-7机并且不能承受大负荷。微型涡轮发动机应采用氮化硅陶瓷轴承，氮化硅陶瓷具有密度