渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)制作手冊(cè)

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1、FD3/67噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是KurtSchrechlings開(kāi)發(fā)最后一款發(fā)動(dòng)機(jī)，而且它的裝配不需要特別的工具。1關(guān)于作者：KurtSchreckling,Dipl.-Ing.,生于1939年KurtSchreckling早期受到過(guò)基礎(chǔ)技術(shù)教育，后來(lái)又修完了重點(diǎn)在應(yīng)用物理學(xué)方面的工程課程。之后又在一家大型的化工公司從事工程控制和系統(tǒng)控制方面的工作。HerrSchreckling在15歲之前已經(jīng)有了飛行模型的經(jīng)驗(yàn)，那是他第一次把一套飛機(jī)模型套件組裝起來(lái)后的事。幾年之后他開(kāi)始學(xué)習(xí)制造模型飛機(jī)和無(wú)線電控制設(shè)備。他特別鐘情于模型的動(dòng)力系統(tǒng)，但那時(shí)還沒(méi)有重大的進(jìn)展。因此他

2、投入了相當(dāng)多的時(shí)在電動(dòng)飛行器方面的開(kāi)發(fā)：可調(diào)螺距的推進(jìn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)優(yōu)化的電動(dòng)飛行系統(tǒng)。接下來(lái)他的首次成功嘗試是用他自己制作的一套電動(dòng)直升機(jī)，隨后2是他為WolfgangKueppers設(shè)計(jì)了電動(dòng)系統(tǒng)，并創(chuàng)造了競(jìng)速模型的速度記錄。再隨后的五年中他把他的全部業(yè)余時(shí)間投入了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)，并且抽出時(shí)間寫(xiě)出他在這方面的成功經(jīng)驗(yàn)。因此，如決定要開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)級(jí)的模型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的話，HerrSchreckling是最適合的合作人選。雖然HerrSchreckling并不是非常好的模型飛行員，但是他具有獨(dú)創(chuàng)的見(jiàn)解，并且在一個(gè)領(lǐng)域有獨(dú)創(chuàng)，并把他自己做的發(fā)動(dòng)機(jī)裝到了模型中并且飛了起

3、來(lái)，因此他必定是我們這個(gè)時(shí)代最多才多藝最有經(jīng)驗(yàn)的模型制造者。編設(shè)計(jì)渦輪機(jī)我將從尾部開(kāi)始，也就是渦輪機(jī)的噴口。這是經(jīng)過(guò)深思熟慮的，既然渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的部分是廢氣的噴射速度也就是推力，這第一個(gè)問(wèn)題是：如何設(shè)計(jì)渦輪機(jī)產(chǎn)生所需的推力，產(chǎn)生最高的溫度和外圍速度。壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法也同樣適用于渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)。最大可能的節(jié)約，也就是盡量低的燃料消耗，但在短時(shí)間的模型飛行中這一點(diǎn)并不是要優(yōu)先考慮的。我們限制討論軸向的渦輪機(jī)。軸向的渦輪機(jī)的工作氣流沿軸向流進(jìn)槳葉然后又以相同的方向噴出。有一個(gè)特性就是相對(duì)與渦輪的直徑來(lái)說(shuō)，槳葉的長(zhǎng)度很短。這樣我們需要使用平均速度dm來(lái)研究槳

4、葉的速度。草圖顯示了渦輪槳片的槳葉分布平面圖，以及相應(yīng)的擴(kuò)散系統(tǒng)。兩個(gè)剖面分別清晰的顯示軸向方向的速度。在軸向區(qū)域外圍的速度u與渦輪槳葉的入口和出口速度相同，都是在平均直徑dm處測(cè)量。我們將考慮從出口那邊氣流的流動(dòng)與機(jī)械部件移動(dòng)的關(guān)系，也就是渦輪槳葉的后面。盡管我們關(guān)心的是最后的結(jié)果，也就是噴氣推力。這被箭頭c2表示。如果箭頭c2直接指向渦輪軸線方向，那么我們就確定它是推力矢量。這個(gè)定義是設(shè)計(jì)過(guò)程的開(kāi)始。c2和渦輪槳葉的外圍速度u組成一個(gè)一定角度的三角。這個(gè)三角的第三邊就是噴氣速度w2，它在渦輪槳葉的出口被測(cè)量。以上全部被稱為出口三角。如果渦輪的槳葉靠得很近，

5、那么廢氣就會(huì)沿著槳葉的拱形流動(dòng)，那么實(shí)際上速度w2與u之間的角?2就和渦輪槳葉出口末端的速度一樣。用公式表示：c2=u*tan?2現(xiàn)在我們能夠定義從c2到u的比率使用槳葉角?2，同時(shí)w2到u也可以同樣的表示出來(lái)，其中的任何一個(gè)值都是理論上可能的。結(jié)果是我們從中可以看出3實(shí)踐中可能出現(xiàn)的范圍。當(dāng)然，我們必須確保這些所有的情況都是物體本身能夠達(dá)到的。為了讓你知道如何用理論解決實(shí)踐中的問(wèn)題，我們將要精確的評(píng)估FD3/64的推力。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們將忽略噴口的影響。以下是已知的值：da=0.064mdi=0.042m結(jié)果dm=(0.064+o.o42)/2=0.053

6、m。正像已經(jīng)在第而章中討論過(guò)的哪樣，鎳鉻合金鋼（渦輪的基本材料）能承受的最大外圍速度是umax=250m/s，和最高槳葉溫度600℃，假如我們能夠把渦輪盤(pán)的溫度保持在極限之下。正如我們所了解的，這是可能的。我們已經(jīng)定義的數(shù)據(jù)使我們能夠確定最大旋轉(zhuǎn)速度nmax：nmax=umax/(da*π)=250/(0.064*3.14)*1/snmax=1243m/s或接近75000轉(zhuǎn)/分鐘。為了將來(lái)的計(jì)算我們需要渦輪出口的三角關(guān)系和平均外圍速度u。u=dm*π*nmaxu=0.053*3.14*1243m/s=207m/s目前我們還沒(méi)有一個(gè)值來(lái)表示出口槳葉角?2，它的角

7、度是37℃。這個(gè)臨界值已經(jīng)被理論和實(shí)踐確定下來(lái)，并且以后將要詳細(xì)論述?，F(xiàn)在我們可以畫(huà)出出口的三角關(guān)系。我們將假設(shè)一個(gè)直的（也就不是螺旋形）的氣流。意思是：出口速度c2是垂直于u，因而平行于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。C2也能夠簡(jiǎn)單的計(jì)算：c2=207m/s*tan37˙=156m/s顯然出口的速度比任何螺旋槳模型高得多。因此我們有必要安裝一個(gè)噴口來(lái)提高速度?？窟@樣稍微提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是可能的，以后的方法能提高得更多。正如預(yù)料到的，氣體的溫度是600℃=873K。我們也需要吸氣質(zhì)量m，也就是經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流的質(zhì)量。既然排放的氣體要被解壓到周?chē)目諝庵?，它的密度就很容易?jì)算了：ρN

8、ρ=ρN*273/837*kg/m3=