【正文】 4 渦輪同樣，微型渦噴發(fā)動機體積小，功率低，渦輪前溫度也較低，葉片結(jié)構(gòu)尺寸小，采用冷卻式葉片難度較大，故未進行葉片的冷卻，如果向心渦輪采用高溫合金精密鑄造成型，就可以簡化結(jié)構(gòu)，改善制造工藝，降低成本。微型渦噴發(fā)動機扭矩小，單級渦輪連接時采用摩擦傳扭來代替套齒傳扭，使結(jié)構(gòu)更加簡單。但如需要維修拆下輪盤再裝配時很可能會造成動平衡破壞，這將難以保證發(fā)動機的動平衡。為了解決這個問題，需要在動平衡時作好記號，以保證發(fā)動機再次裝配后的動平衡。當渦輪在高溫下工作時，軸與渦輪盤受熱膨脹，配合面預緊力減小，需要適當加大接觸面的摩擦力來傳遞扭矩。渦輪轉(zhuǎn)子由與軸的配合圓柱面定心，連接螺母傳力，摩擦傳扭，前端面定位。 導流器導流器（見圖55）沒有離心載荷，強度問題不突出，可是由于“熱”的作用，除了采用具有良好高溫性能的材料，以保證零組件在高溫下安全可靠地工作外，在結(jié)構(gòu)設計時，熱應力、熱變形、熱定心以及熱沖擊、熱疲勞等問題已成為突出問題。圖55 導流器如果將導流器機匣與導流器做成一體，采用精密鑄造工藝，靠內(nèi)圈定心，通過導流器連接環(huán)與軸承機匣連接成一個整體，結(jié)構(gòu)簡單，但鑄造工藝要求高，將其負荷傳到軸承機匣上。由于渦輪導向器易受熱膨脹，故導流器與燃燒室機匣配合面留有徑向間隙。 導流錐導流錐如圖 56 所示，它由尾噴管、尾錐體組成，通過螺釘與燃燒室外機匣連接，尾錐體與緊固渦輪盤的螺母做成一體，以簡化結(jié)構(gòu)。圖56 導流錐 機匣機匣由前后兩個部分組成（如圖 57），前機匣用螺釘與進氣口及軸承機匣連接，后機匣前端也用螺釘與導流器及軸承機匣連接，后機匣上有點火器安裝孔，后機匣后端用螺釘與錐形尾噴管連接。圖57 機匣 軸承為了節(jié)約成本，在本文中制作的微型渦噴發(fā)動機使用的是普通軸承，只能短時間運轉(zhuǎn)，并且不能承受大負荷。微型渦輪發(fā)動機應采用氮化硅陶瓷軸承，氮化硅陶瓷具有密度小、硬度高、耐磨損、耐腐蝕、高溫強度好、彈性摸量大、磨擦系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)小、高溫時穩(wěn)定性和絕緣性好等許多優(yōu)良的機械、物理性能，是一種較好的滾動軸承材料。10厘米級微型渦輪發(fā)動機一般采用兩個高速滾動陶瓷軸承作為支承。高速滾動軸承運轉(zhuǎn)中的主要問題是：高速運轉(zhuǎn)時，滾動體產(chǎn)生很大離心力和陀螺力矩，增大了軸承的負荷，且相于對軸承圈套的滑動量增大，導致軸承溫升提高，使用壽命下降，剛度和精度降低。滾動體產(chǎn)生的離心力和陀螺力矩與其材料的密度成正比，而用于制造陶瓷軸承的氮化硅（3 4SiN ）的密度只為軸承鋼的 40%，有利于用于高轉(zhuǎn)速。同時陶瓷材料的彈性模量大，熱膨脹系數(shù)小，是鋼的 25%，使陶瓷軸承剛度高，徑向間隙穩(wěn)定。氮化硅材料的陶瓷軸承，特別是由陶瓷滾動體和鋼套圈構(gòu)成的組合陶瓷軸承，具有良好的耐磨性、較高的運轉(zhuǎn)精度和較長的使用壽命，常常應用于高速的精密設備。因此，小型和微型發(fā)動機中廣泛地采用了高精度陶瓷軸承的支承結(jié)構(gòu)。 冷卻系統(tǒng)微型渦輪發(fā)動機采用了非循環(huán)潤滑冷卻系統(tǒng)，它沒有單獨的滑油系統(tǒng)，而是使用加入 摻混少量潤滑油的燃油進行潤滑。一部分燃油由油管導入，噴至壓氣輪背面，從而反射到壓氣輪后的前軸承上，對軸承進行冷卻；再由高壓氣流將滑油吹入軸套的軸承腔內(nèi)，直至到達渦輪前的后軸承。冷卻后的滑油直接進入煙氣通道，由尾噴管排出，不再進行利用。這樣省去了復雜的滑油循環(huán)系統(tǒng)，簡化了發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，減輕了發(fā)動機重量。 本章小結(jié)本章對微型渦噴發(fā)動機的壓氣輪、擴壓器、燃燒室等主要零件進行研究，分析了其結(jié)構(gòu)特點，闡述這些零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)點和部分零件存在的缺陷。由于現(xiàn)有加工技術(shù)的限制，壓氣輪、擴壓器等零件的性能還不夠理想。隨著加工方法和技術(shù)的改進，微型渦噴發(fā)動機的性能將有很大的提升空間。結(jié)論微型渦輪發(fā)動機是推進動力/能源系統(tǒng)研究的新興領(lǐng)，具有尺寸小、重量輕、能量密度高、推重比大的優(yōu)點。目前，微型渦輪發(fā)動機技術(shù)尚處于起步發(fā)展階段，其總體及部件設計技術(shù)還有待進一步的發(fā)展和完善，針對微型渦輪發(fā)動機的特點，大力發(fā)展新結(jié)構(gòu)、新設計方法，深入研究部件設計技術(shù)，可以進一步提升微型發(fā)動機的部件及整機性能，拓展其應用范圍。通過制作微型渦噴發(fā)動機和對主要零件的結(jié)構(gòu)特點分析，我有以下幾點體會：1）微型發(fā)動機的研制是一項高技術(shù)的系統(tǒng)工程。技術(shù)難度高、風險大、周期長。設計、計算是第一步；加工裝配是第二步；而大量的工作還在第三步—調(diào)試、排故、改進、鑒定、定型。從某種意義上說性能還是比較容易達到的而要過結(jié)構(gòu)可靠性這一關(guān)真正做到能實際使用需要花費更長的時間和更大的精力難度也更大。2）微型發(fā)動機的研制是性能、結(jié)構(gòu)、材料、工藝、強度、振動、尺寸、重量、成本、維修等各方面的矛盾綜合。必須權(quán)衡利弊、妥善兼顧。3）在設計和調(diào)試中，尤其要重視熱端部件的強度和剛度。由于設計考慮不周所產(chǎn)生的熱膨脹、熱變形、熱應力等往往會產(chǎn)生意想不到的故障。而“超溫”和“過熱”往往會造成零部件、乃至整機損壞。4）減輕發(fā)動機重量,提高發(fā)動機推重比是始終不渝的追求目標。我們制作的原理樣機，因經(jīng)費不足，工裝毛坯不齊、附件湊合選用，未能做到量體裁衣、精雕細刻，所以發(fā)動機的重量比設計指標有些“超重”，而減重卻不太容易。從發(fā)動機設計一開始，就要嚴格控制每一個零部件的重量，真正做到“精雕細刻”。必要時需對零部件設計規(guī)定和分配重量指標[9]。5）微型發(fā)動機的預研周期長、投資大、短期內(nèi)難以見到經(jīng)濟效益，不易獲得社會投資，因此更要得到國家的支持，否則難為“無米之炊”。即使是已取得階段成果的預研項目，如果不能繼續(xù)獲得國家的經(jīng)費支持，也難免“中途夭折”。參考文獻[1]田寶林. 世界無人機和巡航導彈用發(fā)動機發(fā)展概況. 航空發(fā)動機，2009,29（4）.[2]梁德旺，黃國平. 厘米級微型渦輪噴氣發(fā)動機主要研究進展[J] . 燃氣渦輪試驗與研究，2004, 5，17（2）.[3] Kurt Schreckling. Home Built Model Turbines. United Kingdom: Traplet Publications，2005.[4]董穎懷，王振龍，彭子龍等. 微型渦輪發(fā)動機中壓氣機部件設計仿真及加工實驗[J]. 上海交通大學學報，2009，9，43（9）.[5]張博. 離心式壓氣機葉片的造型和加工方法[J]. 內(nèi)燃機車，2011，12，12.[6] 宣建光，邱建，夏晨等. 一種微型渦輪發(fā)動機導向器改進方案[J]. 航空動力學報，2010，12，25（12）.[7]李德桃，潘劍鋒，鄧軍等. 微型發(fā)動機的燃燒模型和數(shù)值模擬[J]. 燃燒科學與技術(shù)，2003，4，9（2）.[8] SHAN Xuechuanh， JIN Yufeng， WANG Zhen—feng et al. Design and Fabrication of a SiliconBased Micro Combustor for Micro Gas Turbine Engine[J] . Nanotechnology and Precision Engineering，2005，9，3（3）.[9]袁增培，黃知濤. W2P1微型渦輪噴氣式發(fā)動機研制中的試驗研究[J] . 燃氣渦輪試驗與研究，2000，13（2）.致謝經(jīng)過本次畢業(yè)設計，使我能夠把大學四年中系統(tǒng)所學的理論知識和實際應用得以結(jié)合，總結(jié)出了很多實踐設計中的技術(shù)經(jīng)驗。同時接觸到熱力機械的一些新技術(shù)，了解到微型發(fā)動機的發(fā)展趨勢。本研究及學位論文是在我的導師王慶五老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。王慶五老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向王慶五老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝我的爸爸媽媽，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意。同時也感謝動力系為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。37