發(fā)動機結構課程設計 - 圖文-

1、航空發(fā)動機結構課程設計姓名:楊程浩班級:1115062班學號:111506236院系:航空工程系指導老師:張麗娜2014年6月18日航空發(fā)動機結構課程設計任務書一、設計題目JetCat P-100-RX小型發(fā)動機拆裝測繪二、設計內容(1收集和查閱專業(yè)相關資料,了解小型發(fā)動機的功用;(2進行小型發(fā)動機分解,記錄小型發(fā)動機分解過程,畫出分解示意圖,并對其拆裝流程進行分析;(3分析小型發(fā)動機結構組成,分析核心機單元體組成,分析小型發(fā)動機啟動與工作過程;(4進行發(fā)動機測繪(每個小組需完成以下內容,個人任務根據各自小組成員分配方案進行,主要包括:完成發(fā)動機零件的測繪:軸、軸套、前內導流罩、前外導流罩、離

2、心葉輪、擴壓器1、擴壓器2、燃燒室、渦輪導流器、渦輪工作葉輪、尾噴管、整流錐、發(fā)動機殼體;完成部件裝配圖:進氣道部件,壓氣機部件,渦輪部件,尾噴管部件,軸與軸套;畫出小型發(fā)動機的總裝配圖(根據小組及個人情況和意愿做。三、設計要求(1在兩周內完成所有課程設計任務;(2完成發(fā)動機拆裝,完成分解示意圖,完成小型發(fā)動機拆裝流程分析,分析小型發(fā)動機結構及工作原理;(3對小型發(fā)動機零件進行分析、測繪,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完成課程設計報告。四、參考資料(1JetCat P-100-RX小型發(fā)動機說明書(英文(2JetCAT渦輪

3、發(fā)動機使用說明書(3航空發(fā)動機結構課程設計具體安排(4北航微發(fā)裝配實驗指導書目錄一、JetCat P-100-RX小型發(fā)動機的功用 (41.1 簡介 (41.2 功用 (4二、小型發(fā)動機的工作原理 (52.1 工作原理 (52.2 具體步驟 (5三、小型發(fā)動機的結構分析 (63.1 結構系統(tǒng)分析 (63.2 核心機單元體分析 (7四、小型發(fā)動機拆裝流程分析 (9五、小發(fā)零件的測繪、部件組裝 (155.1 擴壓器1的測繪 (15一、JetCat P-100-RX小型發(fā)動機的功用1.1 簡介微型渦輪發(fā)動機是航空發(fā)動機的一個新領域。這類發(fā)動機的推力為數(shù)十至數(shù)百牛,功率為數(shù)瓦至數(shù)百瓦。它們在設計思想、

4、參數(shù)選擇、部件形式、結構支撐、材料工藝及研制等方面均有其特點,將會越來越廣泛地用作靶機、航空模型、小型無人駕駛飛機和巡航導彈的動力裝置。在國內外均具有廣闊的發(fā)展和應用前景。隨著世界航空工業(yè)發(fā)展以及一些國家對武器裝備的要求,小型航空渦輪發(fā)動機發(fā)展很快,產品的種類和型號大大增加,已經形成系列產品。制造技術也逐漸成熟,應用領域不斷擴大,除用于小型飛機、直升機、無人機、靶機、巡航導彈、航模、飛機輔助動力裝置外,近年來又出現(xiàn)了新的應用領域發(fā)煙機。微小型航空渦輪發(fā)動機(以下簡稱微小發(fā)的廣泛應用,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)的社會效益和經濟效益大大提高。1.2 功用微小發(fā)從出現(xiàn)到今天已經走過

5、了24年的歷史。1983年的3月20號,由英國人杰里·杰克曼領銜的團隊研制的第一臺微小發(fā)成功的為一架模型飛機完成3分鐘飛行而提供動力,由此拉開了微型發(fā)動機在航空領域中精彩演出的序幕。第一臺微小發(fā)約 30 磅重左右,可以產生9磅的推力,轉子極限轉速可達95000rpm。而在20多年后的今天,相同尺寸及重量的渦輪發(fā)動機可在轉子轉速達到120000rpm的前提下產生30多磅的推力級。 圖1-1本實驗采用的是JetCat P-100RX 小型發(fā)動機,其轉速為1520001/min,推力為100N ber,重量為1080g(含啟動馬達,直徑為97mm,長度為245mm,轉速范圍為42000-1

6、520001/min,噴口最高溫度可達到730°C,最大耗油量350ml/min, 使用燃油Kerosin JetA1,煤油,油機混合比為5%,須返廠維修時間為50小時。目前用于小型飛機、直升機、無人機、靶機、巡航導彈、航模、飛機輔助動力裝置和發(fā)煙機。二、小型發(fā)動機的工作原理2.1 工作原理燃氣渦輪發(fā)動機是由進氣裝置、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管等主要部分組成。從進氣裝置進入的空氣在壓氣機中被壓縮后,進入燃燒室并在那里與噴入的油混合燃燒,生成高溫高壓燃氣。燃氣在膨脹過程中驅動渦輪做高速旋轉,將部分能量轉變成渦輪功。渦輪帶動壓氣機不斷吸進空氣并進行和壓縮,使發(fā)動機能連續(xù)工作。經過渦輪之

7、后的燃氣從尾噴管噴出產生推力。2.2 具體步驟接通點火器加熱接通電機帶動轉子旋轉,然后快速斷開,以得到一個較低的轉速狀態(tài)打開氣閥,丙烷氣應在燃燒室內點火成功如果點火成功,則斷開點火器,接通電機加速接通油閥,控制油泵,使燃油進入燃燒室,并維持一個較小的流量燃油蒸發(fā)燃燒時,發(fā)動機的狀態(tài)有顯著變化,轉速上升,聲音增大調節(jié)供油量,避免轉速懸掛當轉速達到一定程度時,切斷氣閥當轉速達到一定程度時,電機脫開繼續(xù)加油,直至發(fā)動機進入慢車狀態(tài)慢車以后,改變供油量,可以改變發(fā)動機狀態(tài),產生期望的推力圖2-1 工作原理簡圖三、小型發(fā)動機的結構分析3.1 結構系統(tǒng)分析壓氣機部件由進氣道、離心葉輪、擴壓器、壓氣機蓋和壓

8、氣機機匣組成。進氣道由前內導流罩和前外導流罩組成。進氣口為環(huán)形,無進口導流葉片,流道外壁設置消聲襯板,無防冰裝置。對于離心葉輪是這次自己主要負責的零件。壓氣機葉輪為半封閉式,單面進氣,其葉片為前彎型葉輪的單級軸流式結構。葉片分為長短兩組,由6個大葉片和6個小葉片組成。這種設計減少了零件數(shù)目,簡化了結構。擴壓器是使將離心葉輪高速甩出的氣流減速增壓,減少氣流流動損失,達到提高效率、簡化結構的目的。壓氣機蓋大安裝邊上的內環(huán)槽對壓氣機機匣上的環(huán)形凸緣定心。在小安裝邊上有螺樁,用來固定進氣道。在壓氣機蓋的專用凸丙烷燃油ECU 油門桿電池組駕駛艙面板點火器啟動電機丙烷閥燃油閥燃油泵傳感器肋上有使空氣進入進

9、氣道封嚴襯套去的氣孔。壓氣機蓋和壓氣機機匣用螺栓固定在渦輪機匣上。壓氣機機匣的凸肋上有使空氣通往軸承封嚴蓋去的進氣孔和滑油回油孔。渦輪部件由渦輪導流器和渦輪工作葉輪組成。渦輪導流器又稱渦輪靜子,有16個葉片,渦輪工作葉輪又稱渦輪轉子,有26個葉片,屬于徑向式渦輪。一排靜子葉片和一排轉子葉片組成渦輪的一個級,氣體通過渦輪膨脹做功,氣體比容增大,密度減小。燃燒室為短環(huán)形。火焰筒由內外壁兩部分組成。外壁與壓氣機相接,分布有6排大小不一的氣孔,達到冷卻目的。內壁與渦輪導流器相接觸。有12個高壓空氣霧化噴嘴。尾噴管部件由外殼和整流錐組成。是固定面積收斂噴管,風扇流道內設置反推力裝置。尾噴管功能是將從渦輪

10、流出的燃氣膨脹加速,將燃氣中一部分熱焓轉化為動能,從尾噴管告訴噴出,產生反作用推力。整流錐和外殼通過3個螺栓固定。啟動系統(tǒng):采用氣起動機裝在附件齒輪機匣上?？刂葡到y(tǒng):主發(fā)動機控制系統(tǒng)(MEC。指示系統(tǒng):發(fā)動機指示系統(tǒng)(EIS。3.2 核心機單元體分析JetCat P100-RX小型發(fā)動機的核心機主要有三部分組成:壓氣機,燃燒室,渦輪。本發(fā)動機為離心壓氣機,由兩個基本部分組成:一個是固定部分,一個是旋轉部分。固定部分是由進氣裝置、葉輪的前壁和后壁、擴壓氣以及支撐轉動部分的機匣組成。轉動部分由導風輪、離心葉輪以及帶動他們的轉子軸組成。壓氣機轉子:進入壓氣機的氣流由進氣道裝置導入導風輪,經導風輪進入

11、離心葉輪。離心葉輪的進口向中間收攏使她的直徑盡量減小,來有效地利用葉輪外徑的切線速度以提高葉輪對氣流的加工量。壓氣機前靜子:由進氣裝置、葉輪的前壁和后壁、擴壓氣以及支撐轉動部分的機匣組成。從離心葉輪出來的高速氣流先在擴壓器1中降速增壓,再流入擴壓器2中繼續(xù)降速增壓,使氣流壓力提高。前機匣有鈦合金鍛制,延伸機匣由不銹鋼鍛制。延伸機匣通過螺栓和螺帽安裝在前機匣上,其中有9個連接點是焊接的,是前機匣和延伸機匣成為一個不可分離的整體。前機匣的下半環(huán)和延伸機匣上有孔探孔,用于檢查內部區(qū)域。前靜子機匣在風扇框架和燃燒室機匣之間形成承載結構。在前機匣和延伸機匣上有引氣口,可以將引氣引到飛機起源系統(tǒng),作為渦輪

12、冷卻空氣。燃燒室機匣:燃燒室機匣用于提供結構安裝面,傳遞軸向載荷,提供高壓壓氣機和高壓渦輪之間的氣流通道。燃燒室機匣上安裝有高壓壓氣機出口導向葉片(OGV和擴散器,擴散器可減緩進入燃燒室的氣流速度。燃燒室:JetCat P100-RX小型發(fā)動機采用短環(huán)形燃燒室,裝配式結構。采用這樣的設計,可產生更適宜的油氣混合氣和低的熱應力。燃燒室包含在機匣內,包括內筒、外筒及其整流罩,12個主級和次級旋流噴嘴,支撐套筒。外筒和外筒整流罩焊接在支撐套筒上,內筒和內筒整流罩用螺栓也支撐套筒固定在一起。渦輪進口導向器:渦輪進口導向器(噴嘴環(huán)是一個單級、氣冷式組件,他安裝于燃燒室機匣上,可引導燃燒室出口的燃氣以最佳

13、的角度沖擊渦輪轉子。進口導向器的主要組成部分包括:23個導向器葉片組、外環(huán)和內環(huán)。渦輪轉子:渦輪轉子是一個單級,氣冷渦輪。轉子包括前軸,前空氣封嚴件、渦輪盤、23個葉片和后軸。前軸形成壓氣機和渦輪轉子的結構鏈接,并且支撐壓氣機轉子的后端。渦輪盤是鍛制的機加工件,渦輪葉片固定于盤的軸向燕尾槽中。高壓渦輪轉子后軸通過螺栓連接到渦輪盤的后側,形成高壓渦輪轉子的后支撐點。高壓渦輪的后軸由4號軸承支撐,此軸承的內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~片設計,每個葉片都是可換的。葉片通過高壓壓氣機排氣進行內部冷卻,冷卻空氣從葉片燕尾槽進入,通過葉片前緣,側面和后緣的通氣孔噴出。渦輪葉片

14、由前后固定環(huán)固定,固定環(huán)用螺栓固定在渦輪盤上。渦輪護罩和渦輪進口導向器組件:渦輪(HPT護罩和渦輪(LPT進口導向器組件位于燃燒室機匣的后端內側。它形成了核心機主單元體和渦輪主單元體的連接界面。四、小型發(fā)動機拆裝流程分析 圖4-1 整機1.取下機匣外殼、前外導流罩和起動機。 圖4-2 拆除機匣 2. 拆下前內導流罩 圖4-4 拆除前內導流罩3. 拆下離心葉輪 圖4-5 拆除離心葉輪4. 取出軸和渦輪轉子 5. 拆下渦輪導向器 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.拆分擴壓器1和擴壓器2 圖4-10 分離擴壓器1和擴壓器29. 所有零部件拆分完成 圖4-11 所有零件拆分完成安裝時由于工具不足和拆發(fā)動機時對其一些零部件造成損傷,在安裝時就產生了一些困難,一些細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的步驟相反,在此不再詳細介紹。五、小發(fā)零件的測繪、部件組裝5.1 擴壓器1的測繪擴壓器是使將離心葉輪高速甩出的氣流減速增壓,減少氣流流動損失,達到提高效