李言蹊

摘要 本次實驗研究是設(shè)計制造一個6kg級微型渦噴發(fā)動機，以此提高我們設(shè)計及制造技能，同時也有效的提高我們對知識探索的積極性。實驗研究方法是根據(jù)小型渦輪噴氣式發(fā)動機的設(shè)計經(jīng)驗與流程，對現(xiàn)有設(shè)計方案進行修改，使之在考慮到材料以及轉(zhuǎn)速限制等問題下，確保小型渦輪噴氣式發(fā)動機在體積限制下動力性能最高。

關(guān)鍵詞 渦輪噴氣式；發(fā)動機；設(shè)計；制作

中圖分類號 V2

文獻標識碼 A

文章編號2095-6363（2015）10-0080-01

微型渦噴發(fā)動機在當下低成本空中武器中有著較為廣泛的應(yīng)用，其可以作為先進動力裝置，具有較好的能量密度和推重比優(yōu)勢。本文著重對這一技術(shù)進行了研究，希望本文的研究，能夠更好地促進微型渦噴發(fā)動機的發(fā)展。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

渦輪噴氣發(fā)動機與渦扇發(fā)動機相比，具有更好地推進效率，在飛機中應(yīng)用，可以更好地保證飛機飛行的穩(wěn)定性和速度性。渦輪噴氣發(fā)動機在飛機速度超過音速后，仍然具有著較好的推進效率，將該發(fā)動機進行微小化和輕量化處理，可以將之更好地應(yīng)用于日常生活當中。就當下渦輪噴氣發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀來看，如何將其進行微小化處理，已經(jīng)成為一個熱門議題。市場上，微型渦噴發(fā)動機可以用于發(fā)電和推進，能夠更好地促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步。例如渦噴發(fā)動機的發(fā)電功能，在日常生活中有較大的應(yīng)用空間。在推進方面，可用做靶機的發(fā)動機、小型無人機的發(fā)動機等。在市場的帶動下，目前的微型渦輪噴氣式發(fā)動機的推力范圍以幾公斤到幾十公斤為主，在研究更小的超微發(fā)電機則推力到幾克。

2 設(shè)計方案

我們在制定方案過程中，必須對現(xiàn)代渦輪噴氣式發(fā)動機的結(jié)構(gòu)進行有效了解，在進行方案設(shè)計過程中，要著重考慮實際需要。同時，設(shè)計成本方面不必注重太多，這主要是在制造過程中，采用了數(shù)控加工方式，可以有效地壓低制作成本。軸采用304不銹鋼，用數(shù)控車床進行加工；燃燒室采用304不銹鋼，采用數(shù)字程序自動化制線切割；渦輪采用304不銹鋼，壓氣機采用鋁合金，用五軸數(shù)控加工中心進行加工。本次微型渦輪噴氣式發(fā)動機在設(shè)計上具有以下特點。

1）要考慮較低的制作成本、以及較少的零件數(shù)目。因此，質(zhì)量輕，尺寸小、工作可靠、維護方便。

2）先進的高速陶瓷軸承技術(shù)，可以在惡劣的條件下穩(wěn)定工作。（但是這次考慮到成本以及整體技術(shù)我們暫時并未采用高速陶瓷軸承而使用的nsk軸承）我們采用的是燃油與潤滑油混合技術(shù)，因此我們不需要單獨設(shè)計滑油系統(tǒng)，大大的簡化了設(shè)計。

3）受外形和尺寸影響，壓氣機和渦輪的效率很低，單級離心壓氣機和單級軸流渦輪轉(zhuǎn)子，增壓比一般在3到5.5。

4）壓氣輪等主要部件最好采用整體精鑄、快速成型鍛造工藝等，已降低制作成本。（考慮到本次的制作工藝以及技術(shù)，我們采用直接數(shù)控加工工藝。）

5）小型渦輪噴氣式發(fā)動機啟動加速設(shè)計是難點，尤其是快速啟動技術(shù)。（一般采用高速微型電動機驅(qū)動，但考慮到成本及技術(shù)我們前期先采用強力鼓風機驅(qū)動。）

預(yù)期效果：制作出實體微型噴氣式發(fā)動機，完成其技術(shù)指標：推力大于6kg，長度小于250mm，外徑小于150mm，最大轉(zhuǎn)速：103，OOOrpm，排氣溫度：550degC。

3 制作方案

根據(jù)設(shè)計方案采用的制造方案。

1）對于主軸的制作我們將采用本學校工程訓(xùn)練中心車床。軸是渦噴發(fā)動機重要構(gòu)件，其主要作用是支撐傳動零件并傳動扭矩，所以加工出合格主軸是能夠保持渦噴發(fā)動機正常工作的前提，要選取定位基準：盡量采用兩中心孔頂尖，低速加工，因為必須保證其同軸度，以及端面對回旋軸線的垂直度等都與主軸的設(shè)計基準——軸線有關(guān)。

2）燃燒室我們將采用數(shù)字程序自動化制線切割機床對304不銹鋼板切割，這種切割的好處是工作相對平穩(wěn)、抖動小、并且多次切割減少材料的變形，加工質(zhì)量相對較高。

3）主要難點是在于擴壓器導(dǎo)向器和渦輪的制作，盡量使用機械院校所普遍具備的車床，但由于我們是初級探索階段，所以我們將采用五軸數(shù)控加工中心，而對于外殼的制作我們將會采用氨弧焊接方法。

研究過程中要繪制圖紙，根據(jù)累計的經(jīng)驗，認為在材料上304不銹鋼和6開頭的鋁合金最為合適。首先進行以304不銹鋼為材料的主軸和以鋁合金為材料的壓氣輪的制作，接下來進行燃燒室內(nèi)壁和外壁切割，最后進行軸承的制作。

4 項目的創(chuàng)新點和特色

在設(shè)計微型渦輪噴氣式發(fā)動機時最主要的限制因素為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計，所以為提高其作品的設(shè)計水平，必須擁有扎實的機械設(shè)計及制造技術(shù)。采用微型軸搭配壓力機和渦輪，構(gòu)成了獨有的微型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，這在以前的渦輪噴氣式發(fā)動機中是很難見到的。