微型涡轮材料.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划微型涡轮材料　　国立成功大学航空太空工程研究所硕士论文一具微型涡轮发动机设计上的探讨TheDesignandDiscussionofaMicroGasTurbineEngine研究生：李曜丞指导教授：陈世雄中华民国九十二年七月　　中文摘要　　题　　目：一具微型涡轮发动机设计上的探讨　　研究生：李曜丞　　指导教授：陈世雄小型涡轮发动机除了可应用在无人驾驶飞机(UAV)的推进，亦可作为发电的用途，有可观的发展空间唯目前除了麻省理工学院以MEMS的技术制作的微型发动机外，一磅以下推力等级的微型涡轮发动机仍缺乏研究与实体产品本研究尝试以小型涡轮发动机的设计方法与理论基础以及传统的精密加工方式制作一个约拇指般大小的微型涡轮发动机此微型涡轮发动机总尺寸为长，直径，转速rpm，设计推力等级为100公克一个以量测其基本特性参数的小型测试台在本研究中也建立起来，未来希望藉由量测的结果探讨设计的准确度，作为未来发展与研究的参考　　第一章绪论1-1前言在目前已知的各式转动机械中，一般认为，以涡轮发动机的效率较佳。

而随着生活方式的多样化与各种不同领域都朝微小化与轻量化、个人化的趋势之下，如何将涡轮发动机微小化，便成为一个热门的课题在市场需求上，微型涡轮发动机可概略分为发电与推进两大市场用于发电的微型涡轮发动机，在于提供轻便的供电系统，在军事上或偏远地区有其用处推进方面，早已有国内外多家厂商在竞争模型飞机发动机的市场，如AMT、JETCAT、雷虎…等等，除此之外，在军事上可做靶机的发动机，小型无人飞行器的发动机、巡弋飞弹、单兵随身发电设备等都是军事机构积极研究的重点在市场的带动下，目前的微型涡轮发动机研究，推力范围以几磅到十几磅为主，在更小的超威发动机，则推力只有几公克，尚未有推力介于这两个范围之间的研究，见图1-1，但在市场的趋势下，推力介于一磅以下、数公克以上的微型涡轮发动机，因其重量与体积都比现有市场的微型发动机小很多，再加上成本比超威发动机便宜非常　　多，因此判断将会是发动机研究的下一波重点目标1-2微型发动机的分类与文献回顾粗略的将微型的涡轮发动机分为三种等级：(1)10磅推力级：为推力大约10磅的发动机自从在1990年制造出第一个微型发动机JPX-T260P(推力11磅，长度，最高转速rpm)后，微型涡轮发动机的研究范围就一直在推力大小为数磅至数十磅之间，可以运用在UAV。

在全世界，UAV是目前发展的重点项目，而设计配合UAV所需的发动机，亦将为UAV发展中的要项在国内的发展方面，工研院与雷虎也相继作出了推力约为60磅(见图1-2)与15磅的小发动机，并由清大蒋小伟教授在民国90年至91年间，主持P-15引擎的性能测试与研究　　教你如何“山寨”小型涡轮喷气发动机！　　ZT　　laoyoutiao　　分享>　　　　XX/6/1112:55:36收藏　　注意事项：个人自制涡喷是一项能力挑战，不建议无机械基础及未成年人尝试！！另外在此申明：本资料如用于商业产品开发，请自行解决相关版权谢谢合作！！！另外，制作中一定要有安全意识，！！！切记与高速运转物体，与火打交道，安全第一！　　安全守则：　　涡喷的制作不同于其他模型，由于涡喷在高温与高速条件下工作　　如果你不想被当成烤鸭请注意下面的事项！！　　1.别被火喷成烤鸭，玩火要有科学知识指导　　2.涡轮一定要作动平衡才能用　　3.无论如何不要在共公场合试发动机，很多人围观不是好事　　4.涡轮转速高达70000转每分以上，没机械基础不要去试！！　　5.发动机试运与工作中，永远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，象子弹一样，危及生命！！　　特别提醒!做涡喷一定要有机加工与材料常识，了解金属，火灾,爆炸原理，等安全知识，安全第一。

　　涡喷自制问题解答：　　1:.发动机如何自己设计？到哪里找材料，价钱如何？　　模型用的发动机不是大的发动机的按比列缩小，任何试图这样做都很可能是失败值得推荐的是英国人-KurtSchreckling设计的FD3-64航模涡喷发动机的设计，开创了小型发动机设计先河，用一个简单方法制作的放射式压气机，环型燃烧室，一个用简单方法制做出来的涡轮，达到了良好的效果他的理念已被最新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，许多爱好者根据他的著作理论，成功地将发动机用在了航模上　　涡轮喷气发动机材料为不锈钢为主，材料成本很低，如果从材料本身的价值来说，以广州为例，也就100元上下，但由于个人爱好者，有些可能无机床，氩弧焊的话，到外面加工的人力成本会贵过材料费但也无妨再就是如果有认识不锈钢加工厂的话，找到边角料足矣做一台涡轮,如果你想省事些，可以用涡轮增压器上的压气轮来代替木头的压气轮　　2.涡轮容易加工吗,没专业设备如何做动平衡？　　涡轮是由型号为301,不锈板剪口弯成，用一个小电钻配小砂轮可以打磨出翼型即可，关键的动平衡测试，记住这一点很重要！！否则会导致发动机解体！！　　是用我们的大拇指与食指来感觉振动。

灵敏度相当高足以完成涡轮的动平衡调试　　3.散热与轴承问题　　压缩空气将穿过轴套为轴承提供冷却，轴承为简单的滚珠轴承，用自身的压缩空气压油提供油雾润滑可以用透平油，或低粘度的机械润滑油　　FD3-64的设计合理的利用压气机的空气，将温度控制在600度以下，从而保证各部件的强度　　在运行中我们要注意发动机的温度不能超高　　能推多重的模型，国内造价要多少？　　对于航模飞机来说，的推重比完成各种特技动作都已够了，这台发动机的设计推力约3kg力，也就是说，你的航模总重达6kg在飞行中都没问题　　按fd3-64r材料本身来说不值钱，不锈钢在国内100元就买齐了，主要是加工费用问题，可能是的数倍　　5.：根据国外的这些资料我能做出涡轮发动机来吗？？？　　国外的这些资料，是国外的爱好者制作成功总结出来的，，作者通过总结数年来自己开发，研究涡轮发动机，对涡轮发动机的原理，涡轮发动机的自行设计的　　方法都做了详细的介绍，尤其是制作过程，每一个部件的加工详细方法，与注意事项，如何控制加工精度等，都一一描述，以确保用普通的机床，达到涡轮的制作要求特别是一些动平衡的调试，用最简单的方法就能达到要求，也就是说凡事爱好者能想到的问题，制作过程中会碰到的问题，这些资料都全面进行了讲解，并给出解决方法。

　　拥用一架喷气发动机的航模象真机，如f-16,f-15,f22，mig15，　　是航空模型爱好者的终极梦想，遥控喷气航空模型用涡轮喷气发动机为动力　　其逼真的声音，完美的外观，深受广大爱好者痴迷　　项目名称：　　“超影”微型涡轮喷气发动机　　第十一届“挑战杯”国赛作品　　小类：　　机械与控制　　大类：　　科技发明制作A类　　简介：　　“超影”微型涡轮喷气发动机结合机械、材料科学、运动控制、流体力学等多学科理论，进行技术创新与综合设计，完成了微型离心压气机，微型蒸发管式环形燃烧室，微型轴流涡轮，保形通道式扩压器以及微型控制器等的设计，用仅仅20个零部件就实现了发动机8一级的推重比超影”可以直接装备到高级喷气航模、应急和科学实验平台以及高速靶机、微小型导弹等微小型无人武器系统，同时，以本作品为基础可以发展出用于分布式能源的发电装置和大飞机必备的APU核心组件随着本作品工程化、产业化的推进必将产生良好的经济和社会效益收起)　　详细介绍：　　本作品旨在通过设计一台微型涡轮喷气发动机——“超影”，并将其改进发展成为飞行验证机型，促进该微型发动机在微小型无人机方面的应用，推进产业化超影”可以直接装备到高级喷气航模、应急和科学实验平台以及高速靶机等微小型无人武器系统，同时，以本作品为基础可以发展出用于分布式能源的发电装置和大飞机必备的APU核心组件。

随着本作品工程化、产业化的推进必将产生良好的经济和社会效益微型涡轮喷气发动机涉及了微型涡轮发动机总体设计、机械、材料科学、运动控制、流体力学等多学科理论，“超影”的研制中通过技术创新，解决了微型化所带来的零部件气动、结构以及控制系统设计等方面的部分技术难题，形成了多项专利技术超影”微型涡轮发动机采用了先进的保形通道式扩压器、微型发动机热管理与微型控制器等技术，并采用创新技术对发动机匹配进行工作调试对压气机、燃烧室、涡轮等主要部件及总体设计的多次改进，使“超影”达到了85N的推力，实现了8一级的推重比超影”微型涡轮发动机已经替换某模型飞机的活塞发动机，进行了飞行验证，积累了对现有无人机进行发动机直接换装的经验，可以大大加速我国无人机性能提升通过上述内容的研究获得了动力强劲的微型涡轮喷气发动机，它能够给微型飞行器带来真正日行万里的速度收起)　　作品专业信息　　设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标　　为了突破微型涡轮发动机在部件气动设计、发动机控制、结构设计和加工制造工艺等方面存在的技术难题，促进微型涡轮发动机在微小型飞行器、分布式发电系统、辅助动力装置等方面的应用，推进微型涡轮发动机的产业化进程，我们设计制作了“超影”微型涡轮发动机，并将其发展成为飞行验证机型。

本作品主要工作内容包括：微型涡轮发动　　机总体及部件设计、发动机试验及改进设计和飞行平台验证三方面主要创新点：1、微型保形通道式扩压器技术，减小了流动损失，提高了压气机性能；2、微型发动机热管理技术，减小了高低温部件间相互干扰引起的性能下降；3、微型发动机控制技术及微型控制器，实现了复杂起动、多状态可靠工作；4、综合多项先进技术于整机，将微型发动机应用于飞行验证技术关键：1、性能优越的部件设计技术；2、简单可靠的结构设计；3、优越的部件匹配技术；4、快速可靠的起动、变工况控制技术；5、微型发动机的飞行验证技术主要技术指标：直径：；长度：22cm；转速：Rpm；推力：85N；推重比：8；最大转速耗油率：/(N*s)收起)科学性、先进性　　1、基于多学科理论的微型涡轮发动机总体设计微型涡轮发动机总体方案设计包括压气机、涡轮、燃烧室等主要部件的气动与结构设计、发动机总体结构设计、发动机控制系统设计等遵循简单可靠的设计原则，将作品的零部件总数减少至约20个，并实现了8一级的大推重比在发动机控制系统设计方面，完成了控制系统的集成化与微型化，克服了起动过程容易出现悬挂的困难，实现了发动机复杂起动、多状态工作的可靠控制。

2、发动机整机试验及改进设计根据整机试验结果，在压气机静子上采用了隔热技术，并结合发动机部件匹配技术，对发动机进行改进，显著改善了发动机总体性能，使发动机推力增加20％，耗油率下降10％3、飞行平台验证替换模型飞机原有螺旋桨动力实现飞行验证，检验了“超影”的各项性能以及实际应用的工程指标完成了“超影”批量应用时与现有大量以活塞发动机为动力的无人机系统融合的探索工作收起)获奖情况及鉴定结果　　XX年11月获校科技节特等奖　　作品所处阶段　　已完成参数检验，进入工程化阶段　　技术转让方式　　作品可展示的形式　　实物、现场演示、图片、录像　　使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测　　技术特点：采用保形通道式扩压器减小流动损失，提高压气机效率；采用热管理技术,减小燃烧室向压气机的传热，改善了微型发动机性能；采用全权限数字电控系统、微型控制器，结合燃油精确计量技术实现了可靠控制；通过台架实验调试实现了各项技术协调运用和发动机的匹配工作应用前景：1、用于应急、科学实验平台及无人武器系统等微小型飞行器，可获得。