【正文】 、奧迪100型、捷達和桑塔拉的車發(fā)動機冷卻風扇轉速在2300r/min2800r/min的范圍內(nèi)，在此也選取nf為2800r/min。風扇葉片旋轉時，葉片上受到離心力和氣體流動壓力的作用其受力情況見圖48和圖49，前者產(chǎn)生拉伸應力，后者產(chǎn)生彎曲應力。其受力情況見葉片受到的全部載荷將通過葉根傳遞到輪轂上面。其中作用在葉片上的離心力Pc為：圖48：風扇葉片拉伸計算圖 圖49：風扇葉片氣流載荷圖 （435）式中m為葉片質(zhì)量，kg。在此選擇工程上常用的風扇葉片材料：玻璃纖維強聚丙烯復合材料。查閱機械設計手冊可得ρb=葉片截面示意圖如圖410圖410：葉片截面示意圖葉片質(zhì)量m可表示為： （436）葉片體積V葉可表示為： （437）式中θ如圖410，rad。帶入計算可得：又ω=2πn=，又有拉伸應力σc為： （438）式中Sj為葉片截面面積其值為： （439）帶入數(shù)值計算可得：氣體的流動壓力作用在葉片上的載荷力Ph，其可分解為切向作用力Pu和軸向作用力Pz，見圖49。計算時需假設氣流壓力載荷全部作用于葉片平均半徑處。而切向力Pu由傳動功率N軸、葉片數(shù)Z和葉片平均半徑處圓周速度um決定，它們之間有如下關系： （440）式中N軸為風扇軸功率，kW Z 為風扇葉片數(shù)，前述取Z=7Um為葉片平均半徑處的圓周速度，m/s又由于N軸可表示為： （441）式中qv，a為空氣流量，前述為qv，a=Pst為風扇的靜壓，前述為Pst=200Paηs為風扇的靜壓效率，其與風扇的效率ηf有如下關系： （442） 式中nf為風扇的效率，據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗為nf=， η傳為風扇的傳動效率，在此取η傳=，則風扇靜壓效率為：帶入數(shù)值可計算出N軸為：又葉片平均半徑處圓周速度um為： （443）式中Dm為葉片平均有效直徑，其表達式為： （444）帶入數(shù)值計算可得： 而軸向分力Pz表達式如下： （445）式中t為葉片平均直徑圓周上的節(jié)距，m。其表達式為： （446）則帶入數(shù)值計算為：又彎矩Mh按照圖49的受力情況可表示為： （447）式中θh為葉片根部截面的法線與圓周切線之間的夾角，如圖6。其值為θh=90β，β為葉片安裝角，前述為30176。θp為氣壓載荷力與圓周切線之間的夾角，如圖49，其可表達為： （448）帶入計算可得：m。又最大彎曲應力σh可表示為： （449）式中W為葉片根部斷面的抗彎截面系數(shù)，其值與葉片截面的形狀和尺寸有關?，F(xiàn)把葉片截面近似滴看成高為δ=，寬為l弧=，則： （450）帶入計算可得：又葉片根部總應力σy可表示為： （451）帶入數(shù)值計算可得：又安全系數(shù)n要滿足以下方程式： （452）式中σs為葉片材料的屈服極限，查機械設計手冊可得玻璃纖維強聚丙烯的屈服極限σs=78MPa [n]為許用安全系數(shù)，取[n]=5帶入計算則有：則葉片強度滿足。 前以述及，葉片數(shù)為Z=7，需要進行靜平衡計算，其方法如下：按設計的葉片間夾角，分兩邊作矢量圖，角度差不大于2176。，按要求反復調(diào)整，直到達到要求為止。由于7葉片數(shù)的冷卻風扇設計已經(jīng)非常成熟，本風扇葉片間夾角可借鑒之。風扇的安裝條件對風扇性能的影響很大，如果設計優(yōu)良的風扇其安裝條件很差，則其性能也不能充分發(fā)揮出來，下面就軸向間隙和徑向間隙來選擇安裝。，為改善風扇的能力、壓頭及效率，通常情況下會在葉片端部安裝一個圓環(huán)，由試驗經(jīng)驗所得徑向間隙與風扇直徑之比每增加1%，風流量便下降25%4%，效率便下降2%3%，為了充分發(fā)揮風扇的冷卻效果，本系統(tǒng)風扇選擇葉片與護風圓環(huán)之間選擇間隙配合，參看附錄風扇裝配圖。，由實驗克得，軸流風扇前端與散熱器距離應該大于50mm，在此選擇為80mm。首先根據(jù)要傳遞的功率和工作條件確定計算功率Pca，其表達式如下： （453）式中KA是工作情況系數(shù)，查機械設計手冊可得本文設計風扇為載荷變動微小的通風機，其取值為KA=。 P為傳遞功率， Pca為計算功率，kW。帶入計算得：又由于風扇轉速為2800r/min，則根據(jù)圖411:V帶選型圖可選擇Y型V帶圖411：普通V帶選型圖查機械設計手冊從普通V帶Y型帶的基準直徑系列中選擇小帶輪的直徑dd1為100mm。又由于大帶輪直徑dd2=idd1，則有：則帶速v可根據(jù)下式計算出來： （454）在V帶傳輸?shù)恼７秶鷥?nèi)。在大小帶輪的基準直徑確定后，可以根據(jù)傳動總體尺寸的限制和要求確定中心距a，并進一步選擇V帶的基準長度Ld。由于V帶傳動中心距應滿足下列條件： （455）帶入計算則有：根據(jù)布局條件初選中心距為150mm。又V帶長度可表示為： （456）帶入計算則有：則傳動實際中心距a為： （457）小帶輪上的包角可表示為： （458）查機械設計手冊選擇Ld=630mm，相應的帶長修正系數(shù)為KL=。接著確定V帶的根數(shù)Z，其表達式如下： （459）式中P0為V帶基本額定功率，可查機械設計手冊查出，ΔP0為傳動比不為1時，單根V帶的額定功率增量，也可查手冊得出，Kα為包角不為180176。時的包角修正系數(shù)，也可查手冊得到，帶入計算可得：則在此在此選擇Z=4由于帶輪的安裝條件已知，大帶輪安裝直徑為50mm，小帶輪的安裝直徑為20mm。又V帶輪的結構形式與基準直徑有關。當帶輪直徑dd≤（d為安裝直徑）時可采用實心式，當dd≤300mm時可采用腹板式。據(jù)此大帶輪選擇實心式，小帶輪選擇腹板式。至于帶輪結構的細節(jié)部分在機械設計手冊上都有規(guī)定，這里就不一一說明了，具體結構參看附錄大小帶輪的零件圖。由于軸傳遞的功率與扭矩之間存在以下關系： （460）式中T為軸所受的扭矩，P為風扇的功率，W，在此為647Wω為風扇角速度，帶入計算則有：又由于扭轉切應力τr可表示為： （461）式中τr為扭轉應力，MPaWT為軸的抗扭截面系數(shù)，mm3，可表示為πd3/16則軸的軸徑可表示為： （462）式中[τT]為許用切應力，查手冊常用幾種材料的許用應力表可得45號鋼的需用應力在2545MPa之間則有：在此選擇最小軸徑為10mm。又由于風扇上的力是是成圓周分布在葉片平均直徑處所以，軸主要受到的是扭矩，在此并不需要進行彎矩校核。軸的細節(jié)結構參看附錄軸的零件圖。，錐度為1:50，長度為10mm的圓錐銷，其強度應該滿足下列條件： （463）式中d為圓錐銷平均直徑，D為安裝處軸的直徑，在此為12mmT為傳遞的扭矩，τP為材料的需用切應力，常用銷的材料的80MPa帶入計算則有：則傳動銷設計合理。其他零件諸如節(jié)溫器，水箱蓋等等根據(jù)需要選購即可，這里就不一一贅言了。第5章 總結與展望 本文工作總結無人機技術是反應國家科學技術實力的高新技術，其整機系統(tǒng)復雜、涉及的學科專業(yè)極廣、技術含量很高。無人機所搭載的發(fā)航空發(fā)動機，可以說是整個系統(tǒng)的心臟，而優(yōu)良的散熱系統(tǒng)是保證發(fā)動機的正常工作的先決條件。當前無人機的使用環(huán)境和用途，給無人機在安全性、可靠性和使用效率等方面提出了更高的要求。當然，作為無人機的主要組成部分，散熱系統(tǒng)也應該朝著這幾個方面的高要求來發(fā)展。于是本課題就致力于為某型無人直升機設計一套性能優(yōu)良的散熱系統(tǒng)。本文主要完成了以下幾個方面的工作：，把它們從次載荷艙換到主載荷艙，讓無人機有效的空間得到最大程度的利用。，設計出了滿足散熱要求的散熱水箱、散熱水泵和散熱風扇等散熱系統(tǒng)中的重要的零部件。，利用帶傳動和十字萬向節(jié)傳動的原理實現(xiàn)了風扇傳動中遇到的提速和不平行軸之間的傳動問題。當然在整個設計的過程中也遇到了不少問題。畢竟無人機技術通常和軍工技術有著密切的聯(lián)系，很多時候需要的參考資料并不是很容易得到，在設計初期就由于冷卻液的相關參數(shù)傷透了腦筋，最終通過“曲線救國”的方式查閱汽車冷卻方面的書籍才找到相關數(shù)據(jù)，從中我們可以了解到閉門造車是不行的，我們要觸類旁通，思維要活。在設計的中后期，冷卻風扇的傳動方案的設計時，我也遇到了問題，當時怎么也找不到合適的方案，最終在與同學和老師的探討下，總算是在一定程度上得到了解決，可見合作討論的重要性?？傊?，畢業(yè)設計是一個檢驗和提升大學期間所學知識的良好機會，在這期間有由于冥思苦想而問題得不到解決而苦惱過，有因為問題得到解決而狂喜過，這一切到最后將變成一生中難以抹去的記憶。 研究展望總結整個設計過程，雖然說做了一些工作也解決了一些問題，但是由于在理論知識和實踐經(jīng)驗方面存在著一定的缺陷和設計條件的有限，設計成果還是略顯粗糙。很多設計所需要的數(shù)據(jù)都不能直接推算或從實驗中得到，只能利用經(jīng)驗公式和前人實驗所得的數(shù)據(jù)，所以在設計精度上得不到保證。希望以后能多積累工程經(jīng)驗，學習熱力學、空氣動力學和流體力學等方面的知識，從而更好地完善無人機散熱系統(tǒng)的設計。