鄭宇 李永平

摘要：便于教學(xué)和演示航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理目前市場(chǎng)上并不成熟，本文設(shè)計(jì)并制作了一種便于攜帶、用于演示航空渦扇發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)工作原理的設(shè)計(jì)構(gòu)造，其總長(zhǎng)為35cm，風(fēng)扇的橫截面積為Π*10cm*10cm。它是由一個(gè)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(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)渦扇，來(lái)模仿進(jìn)氣的過(guò)程，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸承使壓氣機(jī)，燃燒室等組件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.項(xiàng)目概況

本次項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)是我們通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)制作我們的航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型，特色是我們所運(yùn)用的3D打印技術(shù)，我們找到了廠(chǎng)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(dòng)機(jī)模型的制作，之后我們將每一個(gè)部件進(jìn)行了組裝，在組裝的過(guò)程中，我們也查詢(xún)了許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)每一個(gè)部件進(jìn)行了識(shí)別，我們進(jìn)行組裝的時(shí)候也直接可以清晰的觀(guān)察到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，與每一個(gè)部件之間是通過(guò)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式，將模型進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣我們就能清晰的觀(guān)察到航空渦扇發(fā)動(dòng)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(xiàng)目初期，由于知識(shí)方面的欠缺，我們進(jìn)度較慢。通過(guò)詢(xún)問(wèn)指導(dǎo)老師、及時(shí)調(diào)整方案，花一段時(shí)間學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，在此過(guò)程中我理解到科研最重要的是要抓住項(xiàng)目所要研究的主要問(wèn)題，再對(duì)研究方案做出合乎實(shí)際的設(shè)計(jì)，最后才能取得預(yù)期成果。我體會(huì)最深的是要勤于思考，要善于從不同角度分析問(wèn)題。每個(gè)課題研究的都是新的問(wèn)題，沒(méi)有現(xiàn)成的方案，需要自己去找文獻(xiàn)查資料，去抓住問(wèn)題的本質(zhì)尋找規(guī)律，然后確定要?jiǎng)?chuàng)新的方向，不斷地努力，獨(dú)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(diǎn)，不能偏離主題，也不能隨意猜測(cè)，而要有根據(jù)有目的地做出假設(shè)，再一步步通過(guò)實(shí)踐去論證自己的猜測(cè)。其實(shí)，每一個(gè)偉大的成就都是這樣“平凡”地一步一步實(shí)現(xiàn)的。該項(xiàng)目真正做起來(lái)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(jì)算及其分析、模型構(gòu)建。整個(gè)過(guò)程中我認(rèn)識(shí)到做科研必須具有一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，要本著對(duì)科研負(fù)責(zé)，對(duì)科學(xué)負(fù)責(zé)的態(tài)度，進(jìn)行自己的研究。

雖然項(xiàng)目進(jìn)展過(guò)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(duì)，正是一次次通過(guò)努力越過(guò)難關(guān)給我們帶來(lái)了一段段難忘的回憶，也讓我們體會(huì)到：世界上任何一個(gè)突破性、創(chuàng)新性的成就都是經(jīng)過(guò)這樣“平凡有點(diǎn)枯燥”的過(guò)程后一步步得出來(lái)的。

2.設(shè)計(jì)方法與制作過(guò)程

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

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型整體的結(jié)構(gòu)和功能

航空渦扇發(fā)動(dòng)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(duì)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(guò)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(gè)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(gè)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(dòng)機(jī)的重要組成部分，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵推力完全來(lái)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(dòng)機(jī)的性能，這一點(diǎn)在高涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)燃燒室的空氣壓力。他是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)空氣做功的。在這個(gè)圓錐體上有數(shù)條螺旋形的葉片，當(dāng)壓氣機(jī)的圓盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣就會(huì)被螺旋形的葉片“抓住”，在高速旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的巨大離心力之下，空氣就會(huì)被甩進(jìn)壓氣機(jī)圓盤(pán)與壓氣機(jī)機(jī)匣之間的空隙，從而實(shí)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(lái)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(dòng)泵旋轉(zhuǎn)而發(fā)出功率。

尾噴管

尾噴管是發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)。不同的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，尾噴管的設(shè)計(jì)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?huì)在渦輪后產(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(shí)，尾噴口出口處的壓力大大超過(guò)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ瑸榱颂岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，獲得更大的推力，會(huì)采用超聲速?lài)姽埽ɡ郀枃姽埽?/p>

2.效果展示

圖為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型的實(shí)物照片，由此可見(jiàn)其小巧、緊湊的結(jié)構(gòu)。本發(fā)動(dòng)機(jī)模型的優(yōu)點(diǎn)是直觀(guān)，讓我們能更好的感受到它的工作原理。它輕便、小巧的特點(diǎn)使教師便于攜帶到實(shí)驗(yàn)室、教室甚至在辦公室中進(jìn)行演示教學(xué)。我們通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程，我們可以通過(guò)這個(gè)模型更直觀(guān)形象的看出。

3.結(jié)論

通過(guò)這次對(duì)于航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的模型制作，我們對(duì)于航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)有了一個(gè)更深度的認(rèn)。對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)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(gè)模型我們運(yùn)用到的工具有一臺(tái)電腦，一臺(tái)3D打印機(jī)，螺絲刀，小墊片和銷(xiāo)釘，我們通過(guò)聯(lián)系了3D打印商，采用了3D打印技術(shù)，運(yùn)用了光敏樹(shù)脂為材料進(jìn)行模型的制作。此次，模型的制作我們是通過(guò)結(jié)合我們所學(xué)的航空航天概論和航空動(dòng)力裝置等課程，因?yàn)槲覀兿肜^續(xù)探索渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的工作原理，所以我們進(jìn)行了這個(gè)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型的研制，這個(gè)模型可以更好的像大家展示其工作原理。