發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)姓名：楊程浩班級(jí)：1115062班學(xué)號(hào)：111506236院系：航空工程系指導(dǎo)老師：張麗娜 2014年6月18日航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目JetCat P-100-RX小型發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝測(cè)繪二、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）收集和查閱專業(yè)相關(guān)資料，了解小型發(fā)動(dòng)機(jī)的功用；（2）進(jìn)行小型發(fā)動(dòng)機(jī)分解，記錄小型發(fā)動(dòng)機(jī)分解過(guò)程，畫(huà)出分解示意圖，并對(duì)其拆裝流程進(jìn)行分析；（3）分析小型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成，分析核心機(jī)單元體組成，分析小型發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與工作過(guò)程；（4）進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)繪（每個(gè)小組需完成以下內(nèi)容，個(gè)人任務(wù)根據(jù)各自小組成員分配方案進(jìn)行），主要包括：完成發(fā)動(dòng)機(jī)零件的測(cè)繪：軸、軸套、前內(nèi)導(dǎo)流罩、前

2、外導(dǎo)流罩、離心葉輪、擴(kuò)壓器1、擴(kuò)壓器2、燃燒室、渦輪導(dǎo)流器、渦輪工作葉輪、尾噴管、整流錐、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體；完成部件裝配圖：進(jìn)氣道部件，壓氣機(jī)部件，渦輪部件，尾噴管部件，軸與軸套；畫(huà)出小型發(fā)動(dòng)機(jī)的總裝配圖（根據(jù)小組及個(gè)人情況和意愿做）。三、設(shè)計(jì)要求（1）在兩周內(nèi)完成所有課程設(shè)計(jì)任務(wù)；（2）完成發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝，完成分解示意圖，完成小型發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝流程分析，分析小型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理；（3）對(duì)小型發(fā)動(dòng)機(jī)零件進(jìn)行分析、測(cè)繪，完成零件圖、部件組裝圖和總裝配圖的繪制；（4）完成零件圖、部件組裝圖（或總裝配圖）等至少3張以上圖紙；（5）完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、參考資料（1）JetCat P-100-RX小型發(fā)動(dòng)機(jī)說(shuō)明

3、書(shū)（英文）（2）JetCAT渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用說(shuō)明書(shū)（3）航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)具體安排（4）北航微發(fā)裝配實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)目錄一、JetCat P-100-RX小型發(fā)動(dòng)機(jī)的功用41.1 簡(jiǎn)介41.2 功用4二、小型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理52.1 工作原理52.2 具體步驟5三、小型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析63.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析63.2 核心機(jī)單元體分析73.2.1 壓氣機(jī)73.2.2 燃燒室83.2.3 渦輪8四、 小型發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝流程分析9五、 小發(fā)零件的測(cè)繪、部件組裝145.1 擴(kuò)壓器1的測(cè)繪145.1.1 擴(kuò)壓器作用145.1.2 擴(kuò)壓器1的測(cè)量15一、JetCat P-100-RX小型發(fā)動(dòng)機(jī)的功用1.1 簡(jiǎn)介微

4、型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)新領(lǐng)域。這類發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為數(shù)十至數(shù)百牛,功率為數(shù)瓦至數(shù)百瓦。它們?cè)谠O(shè)計(jì)思想、參數(shù)選擇、部件形式、結(jié)構(gòu)支撐、材料工藝及研制等方面均有其特點(diǎn),將會(huì)越來(lái)越廣泛地用作靶機(jī)、航空模型、小型無(wú)人駕駛飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置。在國(guó)內(nèi)外均具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。 隨著世界航空工業(yè)發(fā)展以及一些國(guó)家對(duì)武器裝備的要求,小型航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展很快,產(chǎn)品的種類和型號(hào)大大增加,已經(jīng)形成系列產(chǎn)品。制造技術(shù)也逐漸成熟,應(yīng)用領(lǐng) 域不斷擴(kuò)大,除用于小型飛機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)、巡航導(dǎo)彈、航模、飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置外,近年來(lái)又出現(xiàn)了新的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)煙機(jī)。微小型航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱微小發(fā))的廣泛應(yīng)用,

5、不僅為微小發(fā)的發(fā)展創(chuàng)造了條件,而且也使微 小發(fā)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益大大提高。 1.2 功用微小發(fā)從出現(xiàn)到今天已經(jīng)走過(guò)了24年的歷史。1983年的3月20號(hào)，由英國(guó)人杰里·杰克曼領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)研制的第一臺(tái)微小發(fā)成功的為一架模型飛機(jī)完成3分鐘飛行而提供動(dòng)力，由此拉開(kāi)了微型發(fā)動(dòng)機(jī)在航空領(lǐng)域中精彩演出的序幕。第一臺(tái)微小發(fā)約 30 磅重左右，可以產(chǎn)生9磅的推力，轉(zhuǎn)子極限轉(zhuǎn)速可達(dá)95000rpm。而在20多年后的今天，相同尺寸及重量的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到120000rpm 的前提下產(chǎn)生30多磅的推力級(jí)。 圖1-1 本實(shí)驗(yàn)采用的是JetCat P-100RX 小型發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為1520001/

6、min,推力為100N ber，重量為1080g（含啟動(dòng)馬達(dá)），直徑為97mm，長(zhǎng)度為245mm，轉(zhuǎn)速范圍為42000-1520001/min，噴口最高溫度可達(dá)到730°C，最大耗油量350ml/min, 使用燃油Kerosin JetA1,煤油，油機(jī)混合比為5，須返廠維修時(shí)間為50小時(shí)。目前用于小型飛機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)、巡航導(dǎo)彈、航模、飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置和發(fā)煙機(jī)。二、小型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理2.1 工作原理燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是由進(jìn)氣裝置、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管等主要部分組成。從進(jìn)氣裝置進(jìn)入的空氣在壓氣機(jī)中被壓縮后，進(jìn)入燃燒室并在那里與噴入的油混合燃燒，生成高溫高壓燃?xì)?。燃?xì)庠谂蛎?/p>

7、過(guò)程中驅(qū)動(dòng)渦輪做高速旋轉(zhuǎn)，將部分能量轉(zhuǎn)變成渦輪功。渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)不斷吸進(jìn)空氣并進(jìn)行和壓縮，使發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)工作。經(jīng)過(guò)渦輪之后的燃?xì)鈴奈矅姽車姵霎a(chǎn)生推力。2.2 具體步驟接通點(diǎn)火器加熱接通電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，然后快速斷開(kāi)，以得到一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速狀態(tài)打開(kāi)氣閥，丙烷氣應(yīng)在燃燒室內(nèi)點(diǎn)火成功如果點(diǎn)火成功，則斷開(kāi)點(diǎn)火器，接通電機(jī)加速接通油閥,控制油泵,使燃油進(jìn)入燃燒室，并維持一個(gè)較小的流量燃油蒸發(fā)燃燒時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)有顯著變化,轉(zhuǎn)速上升,聲音增大 調(diào)節(jié)供油量，避免轉(zhuǎn)速懸掛 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時(shí)，切斷氣閥 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時(shí)，電機(jī)脫開(kāi)繼續(xù)加油，直至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入慢車狀態(tài) 慢車以后，改變供油量，可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)

8、生期望的推力圖2-1 工作原理簡(jiǎn)圖三、小型發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分析3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析壓氣機(jī)部件由進(jìn)氣道、離心葉輪、擴(kuò)壓器、壓氣機(jī)蓋和壓氣機(jī)機(jī)匣組成。進(jìn)氣道由前內(nèi)導(dǎo)流罩和前外導(dǎo)流罩組成。進(jìn)氣口為環(huán)形，無(wú)進(jìn)口導(dǎo)流葉片，流道外壁設(shè)置消聲襯板，無(wú)防冰裝置。對(duì)于離心葉輪是這次自己主要負(fù)責(zé)的零件。壓氣機(jī)葉輪為半封閉式，單面進(jìn)氣，其葉片為前彎型葉輪的單級(jí)軸流式結(jié)構(gòu)。葉片分為長(zhǎng)短兩組，由6個(gè)大葉片和6個(gè)小葉片組成。這種設(shè)計(jì)減少了零件數(shù)目，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。擴(kuò)壓器是使將離心葉輪高速甩出的氣流減速增壓，減少氣流流動(dòng)損失，達(dá)到提高效率、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的目的。壓氣機(jī)蓋大安裝邊上的內(nèi)環(huán)槽對(duì)壓氣機(jī)機(jī)匣上的環(huán)形凸緣定心。在小安裝邊上有螺樁，

9、用來(lái)固定進(jìn)氣道。在壓氣機(jī)蓋的專用凸肋上有使空氣進(jìn)入進(jìn)氣道封嚴(yán)襯套去的氣孔。壓氣機(jī)蓋和壓氣機(jī)機(jī)匣用螺栓固定在渦輪機(jī)匣上。壓氣機(jī)機(jī)匣的凸肋上有使空氣通往軸承封嚴(yán)蓋去的進(jìn)氣孔和滑油回油孔。渦輪部件由渦輪導(dǎo)流器和渦輪工作葉輪組成。渦輪導(dǎo)流器又稱渦輪靜子，有16個(gè)葉片，渦輪工作葉輪又稱渦輪轉(zhuǎn)子，有26個(gè)葉片，屬于徑向式渦輪。一排靜子葉片和一排轉(zhuǎn)子葉片組成渦輪的一個(gè)級(jí)，氣體通過(guò)渦輪膨脹做功，氣體比容增大，密度減小。燃燒室為短環(huán)形。火焰筒由內(nèi)外壁兩部分組成。外壁與壓氣機(jī)相接，分布有6排大小不一的氣孔，達(dá)到冷卻目的。內(nèi)壁與渦輪導(dǎo)流器相接觸。有12個(gè)高壓空氣霧化噴嘴。尾噴管部件由外殼和整流錐組成。是固定面積收斂

10、噴管，風(fēng)扇流道內(nèi)設(shè)置反推力裝置。尾噴管功能是將從渦輪流出的燃?xì)馀蛎浖铀伲瑢⑷細(xì)庵幸徊糠譄犰兽D(zhuǎn)化為動(dòng)能，從尾噴管告訴噴出，產(chǎn)生反作用推力。整流錐和外殼通過(guò)3個(gè)螺栓固定。 啟動(dòng)系統(tǒng)：采用氣起動(dòng)機(jī)裝在附件齒輪機(jī)匣上。控制系統(tǒng)：主發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（MEC）。指示系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)指示系統(tǒng)（EIS）。3.2 核心機(jī)單元體分析JetCat P100-RX小型發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)主要有三部分組成：壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪。3.2.1 壓氣機(jī) 本發(fā)動(dòng)機(jī)為離心壓氣機(jī)，由兩個(gè)基本部分組成：一個(gè)是固定部分，一個(gè)是旋轉(zhuǎn)部分。固定部分是由進(jìn)氣裝置、葉輪的前壁和后壁、擴(kuò)壓氣以及支撐轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)匣組成。轉(zhuǎn)動(dòng)部分由導(dǎo)風(fēng)輪、離心葉輪以及帶動(dòng)他們

11、的轉(zhuǎn)子軸組成。 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子：進(jìn)入壓氣機(jī)的氣流由進(jìn)氣道裝置導(dǎo)入導(dǎo)風(fēng)輪，經(jīng)導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)入離心葉輪。離心葉輪的進(jìn)口向中間收攏使她的直徑盡量減小，來(lái)有效地利用葉輪外徑的切線速度以提高葉輪對(duì)氣流的加工量。壓氣機(jī)前靜子：由進(jìn)氣裝置、葉輪的前壁和后壁、擴(kuò)壓氣以及支撐轉(zhuǎn)動(dòng)部分的機(jī)匣組成。從離心葉輪出來(lái)的高速氣流先在擴(kuò)壓器1中降速增壓，再流入擴(kuò)壓器2中繼續(xù)降速增壓，使氣流壓力提高。前機(jī)匣有鈦合金鍛制，延伸機(jī)匣由不銹鋼鍛制。延伸機(jī)匣通過(guò)螺栓和螺帽安裝在前機(jī)匣上，其中有9個(gè)連接點(diǎn)是焊接的，是前機(jī)匣和延伸機(jī)匣成為一個(gè)不可分離的整體。前機(jī)匣的下半環(huán)和延伸機(jī)匣上有孔探孔，用于檢查內(nèi)部區(qū)域。前靜子機(jī)匣在風(fēng)扇框架和燃燒室機(jī)匣之間

12、形成承載結(jié)構(gòu)。在前機(jī)匣和延伸機(jī)匣上有引氣口，可以將引氣引到飛機(jī)起源系統(tǒng)，作為渦輪冷卻空氣。3.2.2 燃燒室 燃燒室機(jī)匣:燃燒室機(jī)匣用于提供結(jié)構(gòu)安裝面，傳遞軸向載荷，提供高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪之間的氣流通道。燃燒室機(jī)匣上安裝有高壓壓氣機(jī)出口導(dǎo)向葉片（OGV）和擴(kuò)散器，擴(kuò)散器可減緩進(jìn)入燃燒室的氣流速度。燃燒室:JetCat P100-RX小型發(fā)動(dòng)機(jī)采用短環(huán)形燃燒室，裝配式結(jié)構(gòu)。采用這樣的設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生更適宜的油氣混合氣和低的熱應(yīng)力。燃燒室包含在機(jī)匣內(nèi)，包括內(nèi)筒、外筒及其整流罩，12個(gè)主級(jí)和次級(jí)旋流噴嘴，支撐套筒。外筒和外筒整流罩焊接在支撐套筒上，內(nèi)筒和內(nèi)筒整流罩用螺栓也支撐套筒固定在一起。3.2.3

13、 渦輪 渦輪進(jìn)口導(dǎo)向器:渦輪進(jìn)口導(dǎo)向器（噴嘴環(huán)）是一個(gè)單級(jí)、氣冷式組件，他安裝于燃燒室機(jī)匣上，可引導(dǎo)燃燒室出口的燃?xì)庖宰罴训慕嵌葲_擊渦輪轉(zhuǎn)子。進(jìn)口導(dǎo)向器的主要組成部分包括：23個(gè)導(dǎo)向器葉片組、外環(huán)和內(nèi)環(huán)。 渦輪轉(zhuǎn)子:渦輪轉(zhuǎn)子是一個(gè)單級(jí)，氣冷渦輪。轉(zhuǎn)子包括前軸，前空氣封嚴(yán)件、渦輪盤、23個(gè)葉片和后軸。前軸形成壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)鏈接，并且支撐壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的后端。渦輪盤是鍛制的機(jī)加工件，渦輪葉片固定于盤的軸向燕尾槽中。 高壓渦輪轉(zhuǎn)子后軸通過(guò)螺栓連接到渦輪盤的后側(cè)，形成高壓渦輪轉(zhuǎn)子的后支撐點(diǎn)。高壓渦輪的后軸由4號(hào)軸承支撐，此軸承的內(nèi)圈固定在低壓渦輪軸上。渦輪葉片由高溫鎳合金制成，它們?yōu)閱稳~片設(shè)計(jì)，每

14、個(gè)葉片都是可換的。葉片通過(guò)高壓壓氣機(jī)排氣進(jìn)行內(nèi)部冷卻，冷卻空氣從葉片燕尾槽進(jìn)入，通過(guò)葉片前緣，側(cè)面和后緣的通氣孔噴出。渦輪葉片由前后固定環(huán)固定，固定環(huán)用螺栓固定在渦輪盤上。渦輪護(hù)罩和渦輪進(jìn)口導(dǎo)向器組件:渦輪（HPT）護(hù)罩和渦輪（LPT）進(jìn)口導(dǎo)向器組件位于燃燒室機(jī)匣的后端內(nèi)側(cè)。它形成了核心機(jī)主單元體和渦輪主單元體的連接界面。4、 小型發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝流程分析圖4-1 整機(jī)1. 取下機(jī)匣外殼、前外導(dǎo)流罩和起動(dòng)機(jī)。圖4-2 拆除機(jī)匣圖4-3 拆除啟動(dòng)電機(jī)和前外導(dǎo)流罩2. 拆下前內(nèi)導(dǎo)流罩圖4-4 拆除前內(nèi)導(dǎo)流罩3. 拆下離心葉輪圖4-5 拆除離心葉輪4. 取出軸和渦輪轉(zhuǎn)子圖4-6 拆除軸和渦輪轉(zhuǎn)子5. 拆下

15、渦輪導(dǎo)向器圖4-7 拆除渦輪導(dǎo)向器6. 拆下燃燒室圖4-8 拆除燃燒室7. 拆下軸套圖4-9 拆除軸套8. 拆分?jǐn)U壓器1和擴(kuò)壓器2圖4-10 分離擴(kuò)壓器1和擴(kuò)壓器29. 所有零部件拆分完成圖4-11 所有零件拆分完成安裝時(shí)由于工具不足和拆發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)對(duì)其一些零部件造成損傷，在安裝時(shí)就產(chǎn)生了一些困難，一些細(xì)小零件不能重新裝上或者裝上后造成其他零件不能很好的配合安裝。具體的安裝步驟與拆卸時(shí)的步驟相反，在此不再詳細(xì)介紹。5、 小發(fā)零件的測(cè)繪、部件組裝5.1 擴(kuò)壓器1的測(cè)繪5.1.1 擴(kuò)壓器作用 擴(kuò)壓器是使將離心葉輪高速甩出的氣流減速增壓，減少氣流流動(dòng)損失，達(dá)到提高效率、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的目的。氣體從葉輪流出時(shí)，具有很高的流動(dòng)速度，為了將這部分動(dòng)能充分的轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，以提高壓力，在葉輪后面設(shè)置了擴(kuò)壓器，它是有前后隔板組成的通道，隨著直徑的增大，流通面積也隨著增加，氣體速度逐漸減慢，壓力得到提高。擴(kuò)壓器的工作原理就是利用通流截面積的不同，將速度能轉(zhuǎn)化為