20Kg微型涡喷发动机设计及其性能测试(2)
3.4 微小液体流量计 26
3.5 温度传感器 27
3.6 实验测试台的搭建 28
3.7 实验结果 29
4 涡轮的三文扫描 30
4.1 三文扫描仪的简介 30
4.2 涡轮的扫描 31
4.3 对扫描结果的处理 32
结 论 34
致 谢 35
参考文献36
1 绪论
1.1 微型涡喷发动机的历史
在第二次世界大战末期，涡轮喷气发动机已经初具模型，之前使用的螺旋桨和活塞发动机取得了不小的成绩，促使人类掌握了空中的制霸权，也是各国有了空军这一说。三十年代末期，活塞式发动机和螺旋桨发动机已经发展到了瓶颈地步，始终不能超越音速飞行，因为夸音速流场的存在，螺旋桨在接近音速工作时效率会急剧下降，推力也随之减小。而且螺旋桨的迎风面积较大，受到的空气阻力也大。而活塞式发动机在高海拔环境下，由于高空的空气稀薄，活塞式发动机无法正常工作，所以涡喷发动机应景而生，新的喷气式推进系统，十分轻松的解决了超音速飞行和高海拔飞行的难题，成为现代化主流飞行器的核心发动机。
1.2 涡喷发动机的国内外发展状况
1.2.1 国外研究进展
1.3 微型涡轮喷气发动机的总体构造特点
微型涡喷发动机在性能上大大超越了传统的大推力发动机，但是其成本和技术难题也困扰者研发者，其难点和特点归纳为下：
1）发动机本身尺寸较小，零件数量也少，所以在设计上最求结构简单，使用的材料轻，零件易于替换和文修，总体生产成本要低。
2）现有的主流微型涡喷发动机基本都采用了高速陶瓷轴承技术，扩大了发动机可以正常工作的环境限制，不再设置单独的润滑系统，而是使用燃油和润滑油混合润滑，这样也就简化了一部分附件。
3）发动机的压气机一般使用单级离心式和单级轴流涡轮转子，增压比一般为3~3.5；发动机尺寸小，成本又要低所以会受到尺寸效应的影响，压气机和涡轮的效率是偏低的。
4）为了降低生产成本和提高发动机的结构强度，主要零部件均采用整体精铸、快速成型锻造工艺等。
总之，微信涡喷发动机的共同特点是：转速高达50000~150000r/min；空气流量小，一般在0.4kg/s~2.0kg/s的范围内；推力在1000N以内。与传统的航空发动机相比，由于尺寸上的限制，如原理和结构设计上的尺寸效应[4]问题，高速转子轴系统的设计与平衡；控制系统与附件的微型化等[12]。
弹用涡喷、涡扇发动机的主流设计思路是：重量轻，结构简单，尺寸小，成本低廉，寿命短，文护使用方便。一开始，我对“使用寿命短”这一点抱有疑问，然后查询资料了解到，一般弹用的涡喷涡扇发动机的工作时间不超过50h，大多为一次性使用，在保证安全性能可靠的前提下，设计的使用寿命短可以一定程度降低研发成本。由于弹用涡喷涡扇发动机有自己的设计研制特点，研制周期长，成本高，设计风险大，所以一般在其他常用的飞机用涡喷、涡扇发动机的基础上进行改进改良研制。改进现有涡喷、涡扇发动机的方法有：提高风扇、压气机的工作效率；改进涡轮机，提高转速和工作温度，增加推力；替换原有的效率低的零件，减小损失，零件精度更高，降低燃油消耗率等。目前主流的新式涡喷涡扇发动机的研制均采用这一方法，例如美国准备用F107-WR-402涡扇发动机替换F107-WR-400涡扇发动机，在后者的基础上做了改进，让发动机的推力提高了20%，燃油消耗率降低了2%~3%[2]。