航空渦扇發(fā)動機(jī)展品研制

鄭宇 李永平

摘要：便于教學(xué)和演示航空渦扇發(fā)動機(jī)的工作原理目前市場上并不成熟，本文設(shè)計并制作了一種便于攜帶、用于演示航空渦扇發(fā)動機(jī)的工作原理的模型，它由風(fēng)扇，內(nèi)涵道，外涵道，壓氣機(jī)，燃燒室，高壓渦輪，低壓渦輪，尾噴管組成。本裝置易于攜帶、制作成本低，能較好的演示航空渦扇發(fā)動機(jī)的工作原理。

本文詳細(xì)描述了這種便于攜帶，用于展示航空渦扇發(fā)動機(jī)工作原理的設(shè)計構(gòu)造，其總長為35cm，風(fēng)扇的橫截面積為Π*10cm*10cm。它是由一個風(fēng)扇，壓氣機(jī)，燃燒室，高壓渦輪，低壓渦輪，尾噴管組成，我們通過手動轉(zhuǎn)動渦扇，來模仿進(jìn)氣的過程，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動帶動軸承使壓氣機(jī)，燃燒室等組件進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

1.項目概況

本次項目的創(chuàng)新點是我們通過3D打印技術(shù)來制作我們的航空渦扇發(fā)動機(jī)模型，特色是我們所運用的3D打印技術(shù)，我們找到了廠家，我們進(jìn)行了深度的技術(shù)交流，并且合力完成了我們的航空渦扇發(fā)動機(jī)模型的制作，之后我們將每一個部件進(jìn)行了組裝，在組裝的過程中，我們也查詢了許多專業(yè)知識，對每一個部件進(jìn)行了識別，我們進(jìn)行組裝的時候也直接可以清晰的觀察到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，與每一個部件之間是通過什么相連接的，我們將該模型組裝完畢之后，我們可以直接模仿發(fā)動機(jī)的啟動方式，將模型進(jìn)行轉(zhuǎn)動，這樣我們就能清晰的觀察到航空渦扇發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，進(jìn)而我們可以去繼續(xù)探究工作原理。

在項目初期，由于知識方面的欠缺，我們進(jìn)度較慢。通過詢問指導(dǎo)老師、及時調(diào)整方案，花一段時間學(xué)習(xí)相關(guān)知識，在此過程中我理解到科研最重要的是要抓住項目所要研究的主要問題，再對研究方案做出合乎實際的設(shè)計，最后才能取得預(yù)期成果。我體會最深的是要勤于思考，要善于從不同角度分析問題。每個課題研究的都是新的問題，沒有現(xiàn)成的方案，需要自己去找文獻(xiàn)查資料，去抓住問題的本質(zhì)尋找規(guī)律，然后確定要創(chuàng)新的方向，不斷地努力，獨立思考。在創(chuàng)新方面，首先要確定創(chuàng)新的方向和目標(biāo)，要始終圍繞創(chuàng)新點，不能偏離主題，也不能隨意猜測，而要有根據(jù)有目的地做出假設(shè)，再一步步通過實踐去論證自己的猜測。其實，每一個偉大的成就都是這樣“平凡”地一步一步實現(xiàn)的。該項目真正做起來才發(fā)現(xiàn)并不那么容易，需要做很多的工作，并且這些工作都還需要很大的耐心和毅力。比如早期的文獻(xiàn)查閱、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)計算及其分析、模型構(gòu)建。整個過程中我認(rèn)識到做科研必須具有一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，要本著對科研負(fù)責(zé)，對科學(xué)負(fù)責(zé)的態(tài)度，進(jìn)行自己的研究。

雖然項目進(jìn)展過程中我們也遇到了很多困難，但本小組成員都以積極向上的心態(tài)去應(yīng)對，正是一次次通過努力越過難關(guān)給我們帶來了一段段難忘的回憶，也讓我們體會到：世界上任何一個突破性、創(chuàng)新性的成就都是經(jīng)過這樣“平凡有點枯燥”的過程后一步步得出來的。

2.設(shè)計方法與制作過程

此次設(shè)計我們是通過課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)而想更進(jìn)一步的探索渦扇發(fā)動機(jī)內(nèi)部的工作情況，和渦扇發(fā)動機(jī)的工作原理。

渦扇發(fā)動機(jī)模型整體的結(jié)構(gòu)和功能

航空渦扇發(fā)動機(jī)展品的研制，第一步我們先需要找到3D建模的數(shù)據(jù)，對于風(fēng)扇，壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪和排氣系統(tǒng)部分，而在建模的過程中需要用到proe軟件進(jìn)行3D建模。我們最終拼裝成功的造型。

這個模型其中包含許多小零件，這些零件都有著很重要的作用，這些小零件如圖2所示。每一個都做工精細(xì)，功能都各不相同。

風(fēng)扇

風(fēng)扇的橫截面積為Π*10cm*10cm，風(fēng)扇是渦扇發(fā)動機(jī)的重要組成部分，渦扇發(fā)動機(jī)的外涵推力完全來自于風(fēng)扇所產(chǎn)生的推力，風(fēng)扇的的好壞直接的影響到發(fā)動機(jī)的性能，這一點在高涵道比的渦扇發(fā)動機(jī)上同樣重要。

壓氣機(jī)

壓氣機(jī)的作用是提高進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室的空氣壓力。他是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片對空氣做功的。在這個圓錐體上有數(shù)條螺旋形的葉片，當(dāng)壓氣機(jī)的圓盤運轉(zhuǎn)時，空氣就會被螺旋形的葉片“抓住”，在高速旋轉(zhuǎn)所帶來的巨大離心力之下，空氣就會被甩進(jìn)壓氣機(jī)圓盤與壓氣機(jī)機(jī)匣之間的空隙，從而實現(xiàn)空氣的增壓。

燃燒室

空氣經(jīng)壓氣機(jī)增壓后，進(jìn)入燃燒室。燃燒室是燃料與從壓氣機(jī)出來的高壓空氣混合燃燒的地方。燃料燃燒后，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，氣體溫度和壓力升高。高溫，高壓的氣體沖向渦輪，驅(qū)動泵旋轉(zhuǎn)而發(fā)出功率。

尾噴管

尾噴管是發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)。不同的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，尾噴管的設(shè)計也有所不同。尾噴普般由中介管和噴口組成。中介管在渦輪后由整流錐和整流支板組成，起慈流的作用，否則燃?xì)鈺跍u輪后產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，影響推力。噴口一般為收斂形，但當(dāng)飛行速由較高時，尾噴口出口處的壓力大大超過當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，為了提高發(fā)動機(jī)的工作效率，獲得更大的推力，會采用超聲速噴管（拉瓦爾噴管）。

2.效果展示

圖為渦扇發(fā)動機(jī)模型的實物照片，由此可見其小巧、緊湊的結(jié)構(gòu)。本發(fā)動機(jī)模型的優(yōu)點是直觀，讓我們能更好的感受到它的工作原理。它輕便、小巧的特點使教師便于攜帶到實驗室、教室甚至在辦公室中進(jìn)行演示教學(xué)。我們通過手動轉(zhuǎn)動風(fēng)扇來模擬發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣過程，我們可以通過這個模型更直觀形象的看出。

3.結(jié)論

通過這次對于航空渦扇發(fā)動機(jī)的模型制作，我們對于航空渦扇發(fā)動機(jī)有了一個更深度的認(rèn)。對于渦扇發(fā)動機(jī)的各個部分都有了全新的理解，其主要的組成部分風(fēng)扇，壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪和尾噴管。這個模型我們運用到的工具有一臺電腦，一臺3D打印機(jī)，螺絲刀，小墊片和銷釘，我們通過聯(lián)系了3D打印商，采用了3D打印技術(shù)，運用了光敏樹脂為材料進(jìn)行模型的制作。此次，模型的制作我們是通過結(jié)合我們所學(xué)的航空航天概論和航空動力裝置等課程，因為我們想繼續(xù)探索渦扇發(fā)動機(jī)內(nèi)部的工作原理，所以我們進(jìn)行了這個渦扇發(fā)動機(jī)模型的研制，這個模型可以更好的像大家展示其工作原理。