本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-21 14:28 编辑
1.2 关于涡喷发动机的零部件名字说明- 由于初期的外文资料翻译没有专业词汇，再加上国内爱好者自行领悟出来的名字，有些零部件的名字呈多样化发展，这对大家的交流造成了一定的不便：本来人家说的A，我偏偏理解成B。所以这里列一个表出来，把常用的名字都输进去让大家心里有数。（仍然不够完整，后续补充修正。）-
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:00 编辑
1.3 小型涡喷发动机基本原理- 小型涡喷发动机的工作介质是燃料和空气，空气经过压气轮吸入，加速压缩增压，到达扩压器减速堆积增压，流入燃烧室，按照设计的流向与蒸发管气化后的燃料混合燃烧（并不是所有的空气都会参与燃烧），体积剧烈膨胀的高温气体经过导流器转向，推动涡轮做功，最后高温高速气体沿着发动机轴线喷射，气体高速喷射的反作用力推动发动机向前运动。
感谢图片的原作者，以及翻译的前辈，虽然我不知道你们的名字。
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-21 14:28 编辑
1.4 小型涡喷发动机涉及到的学科- 1.4.1 气动科学1.4.2 热力科学1.4.3 材料科学1.4.4 加工技术1.4.5 装配及调试
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:01 编辑
1.5 小型涡喷发动机的种类- 小型涡喷发动机大致分为两种类型，一种是离心式涡喷发动机，一种是轴流式涡喷发动机。非常容易区分，要诀就是看空气压缩部分的实现结构。- 1.5.1 离心式涡喷发动机：大家常见的汽车涡轮增压器里面用的铝制离心式叶轮，当然也有其他材料制作的。
工作方式是：通过高速旋转由轴向吸入空气，然后把空气沿径向甩出，使空气达到很高的速度，又因为叶轮的截面形状是由大到小，所以能够同时达到加速空气和给空气增压的效果。
图片来自网络
特点是：单级叶轮压缩效率高，体积小，重量轻，加工难度低，容易获得。这些特点在小型涡喷上面是不可替代的超级优势。缺点也有，全尺寸的发动机直径太大，压比不如轴流式。- 应用领域：车船用发动机增压器，小型发电设备，直升机发动机等。
常见的离心式涡喷发动机结构（论坛某同学画的，专业级，很棒！）
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:03 编辑
1.5.2 轴流式涡喷发动机：经常被比作工业艺术皇冠上最璀璨的宝石，就是他，没错。（当然，我是指的全尺寸发动机，而不是模型级别的）
工作方式：他的空气压缩部分，是由多级压缩机组成，沿轴向吸入空气，然后通过不断变窄的流道，被压缩增压。
图片来自网络
特点是：多级压缩结构可以获得极高的压比，同时发动机的截面积还能小的不可思议。越高的压比，有利于发动机在有限的尺寸内，提高工作效率。发动机截面积越小，对高速飞行越有利。缺点是：加工工艺及其复杂，加工难度极高。
应用领域：民航客机（涡扇）、喷气式战斗机（涡喷）。
国外两个工程师开发的，据说和某汽车制造商合作，开发电动汽车。
1.5.3 对于小型涡喷发动机而言，如果要获得同样的推力表现，采用离心式的空气压缩机构要比采用轴流式的空气压缩机构简单得多。除了结构上有优势以外，制造难度，制造成本，稳定性方面离心式有着轴流式不可比拟的优势，当然也仅限小型涡喷发动机。全尺寸的发动机对速度要求高的飞行器，轴流式结构更具有实用性，因为离心式的压气轮，不可能无限制的增大。
所以，后面的内容，我们只针对离心式的小型涡喷发动机进行分享。
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:07 编辑
1.6 小型涡喷发动机常用的名词解析- 在进入发动机设计流程之前，我们需要先了解一些涡喷发动机领域里的专业名词，以便我们更好的理解后面所讲解的内容。
压比：发动机内部压力与环境压力的比值（绝对气压比值）。例如发动机在设计极限性能时内部压力为0.2Mpa，标准大气压为0.1Mpa。则发动机标示压比为3.0。涡喷发动机的压比越大，就意味着同体积情况下更多的空气能够参与燃烧做工，发动机的涡前温度就能越高，发动机的功率也就越高，效率也能得到有效提升。（压比和压缩比是两个不同的概念，压缩比通常用在活塞发动机中，气缸中气体容积在压缩前与压缩后比值。）
推重比：在水平面发动机的推力与发动机净重之比，是衡量发动机性能非常重要的指标。
涡轮前温度：导流器进口截面的平均温度。如果有多级排气涡轮则是第一级涡轮导向器进口截面处的总温。
燃烧室种类：分管燃烧室; 环管燃烧室; 环形燃烧室。小型涡喷发动机主要采用的是环形燃烧室结构。分管燃烧室环管形燃烧室环形燃烧室（微型涡喷发动机一般采用环形燃烧室）
燃气温度：燃烧室内部主燃区火焰燃烧温度。
排气温度：燃烧后的气体经掺混降温，推动涡轮做功之后，（或再经过加力燃烧室之后），燃烧废气离开喷口的温度。
空气流量：每秒钟经过进气道的空气质量。
压气机级数：在轴流式涡喷发动机中，压气机内部是一排又一排静动交替的叶片，一动一静两排称为一级。
进气速度：空气进入压气轮之前的速度，和飞机飞行的速度关系很大。并不是越快越好。
压气机：压缩空气的叶轮或叶轮组合。离心式涡喷发动机通常是单级离心压气机，轴流式涡喷发动机通常是多级离心式压气机。本文讨论的是单级离心式小型涡喷发动机。
空气循环过程：进入发动机的空气会经历一个近乎连续的，渐进的压缩过程。进入进气道前、进气道里先经初步减速增压（100-200m/s左右）；压气机内逐级减速（出口通常小于100m/s）；之后通过扩压段进入燃烧室，燃烧时的核心气流速度已经小于几米每秒；之后，在涡轮内，过程恰与压气机内部相反，气流减压加速（到上百米/s）；最后经尾喷管将气体高速喷出。
失速：进气口最前面入气口颈部直径一般比压气机的风扇直径小，当高速空气进入就会因为被扩张而减速，把能量化成静压。这样风扇入口才有足够的空气比重保持流量。如果风扇入口速度太高，空气比重就越小静压也越低。这样就会造成气流不稳定也不能有足够功率输出，这就是我们通常说的失速。
其他，后续待补充。
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:09 编辑
第二章、小型涡喷发动机设计- 2.1 小型涡喷发动机的设计流程- 提出工况性能要求 → 计算发动机各项性能参数 → 导流器、涡轮组件 → 压气轮、扩压器组件 → 燃烧室 → 轴承选用 → 传动轴 → 供油系统 → 喷口外壳 → 周边附件 → 样品试加工 → 组装调试 → 根据涡喷实际工况进行调整，直到满足所有工况性能要求。
注：以上流程，是根据自身经验总结，并不一定必须要按照这样的流程走。流程是死的，人是活的，这里写出来，仅供大家参考。
流程的每一步都必须精益求精，设计阶段把好关可以有效降低后期调试难度，加工的零件一定要满足设计要求，组装调试必须要非常细心，每个环节做好记录，调试过程中根据出现的问题反向分析才能更快的找出问题点。经验丰富的师傅只需要启动一次发动机就能说出发动机存在的问题。没有长期的经验积累，是不可能达到这种境界的。可能出现的情况是，把对的地方改错了，错的改得更错。盲目的用试错法，只是耗费有限的资金，寻求一个渺茫的结果。
我本身不具备根据工况要求设计涡喷发动机的能力，所以，后面所有零件的加工都参考国外一个航模爱好者Gerald Rutten（杰拉德 鲁顿）所设计制作的GR180涡喷发动机进行讲述。
附上大神的个人主页，现在大神在开发250N推力的涡喷发动机，拭目以待。http://members.tele2.nl/geraldensuzanne/about%20me.htm
Gerald Rutten和他的发动机
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:10 编辑
2.2 发动机导流器、涡轮设计（选型）- 好消息是这个现在已经不需要设计了，市场上很多厂商推出了套装产品，规格有大有小，大家可以自行选择。
记得当初看了国外某位大神自己做导流器涡轮的帖子，看完人家的制作图片之后内心久久不能平静，然后萌生了想要自己做涡喷的涡轮和导向器的想法。心想：老外都能干出来，我也能干出来。
于是上淘宝买材料，自己按照老外的图片设计加工的夹具，然后送去加工，原本只需要花2000元买的成品涡轮和导流器，硬是让我直接买材料就花掉了2500元。买的材料是310S，财力有限，高温镍基合金钢商家都是整张出售，价格让人绝望。虽然310S材料差点，当时心里还美滋滋的想着可以做好几套出来，质量不够用数量来抵。现在看来，多么愚蠢的想法。然后送出去加工的夹具又从我的银行存款里抽掉了1000多元。还没看到涡轮和导流器的影子，直接接近4000元就没了。
这里告诫想自己做涡轮和导流器的朋友，如果能力一般，条件一般，千万不要去尝试自己做涡轮和导流器，你将会得不偿失。我想要自己做涡轮和导流器的结局是，花了6000多元，做了一堆半成品，最后沦落为废品回收站的账上资产。
虽然理论上我想我是能够做出来的，但也仅限于导流器。能做出来的价格也不会低于300元的成本，品质更是和商品机用的没法比。然而，涡轮更是涡喷的核心部件，必须要久经考验的航空级耐高温高强度材料和及其复杂的加工工艺。自制？其实就是图个心理爽而已。做出来99%都不能用，能用的寿命也不会高到哪去。
当然，想要做涡喷的童鞋也不要盲目的相信我的话，我没能力做出来，不代表其他朋友做不出来。反正，最后我是老老实实去买成品导流器和涡轮了。
参考国外牛人做的导流器和涡轮（不是我做的）。做得很漂亮，最后制作成功了，使用这个导流器和涡轮的发动机成功的进入怠速状态，但是具体推力不好说，没有找到测试结果。
结论：导流器涡轮不能用普通的不锈钢制作，必须要耐高温合金钢，美国牌号为镍基合金Incone 718，国内牌号为GH4049，这些材料也正是全尺寸航空发动机使用的材料。
导流器和涡轮是涡喷发动机工作环境最恶劣的地方，要承受高温，高应力。以GR180涡轮为例，每一个涡轮叶片在全功率运行的时候，所承受的离心力大约为6000N左右（求叶片离心力计算方法）（向心力计算公式F=mv²/r），一般的材料再温度达到500℃以上时直接就软化了，只有特殊的高温合金才能在超过800℃的高温下仍然保持高强度。
涡轮叶片的厚度和角度都有严格的要求，角度决定了发动机的推力，排气温度（后面有图表说明叶片角度和发动机推力的关系）；厚度决定涡轮叶片的强度和耐用性。短短一句话，但其中蕴含的知识量足以写一篇专业的论文。我也是管中窥豹，只见一斑而已。
在国内买的成品导流器和涡轮
杰拉德 鲁顿 的导流器和涡轮
借用偶像的图片，国内买的是做好的成品，安装尺寸和网络上下载的图纸不一样，谨慎使用。另外这种高温合金材料非常难加工，普通的刀具对它无效。
导流器出口面积和涡轮出口面积非常重要，是喉道位置。
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:11 编辑
2.3 进气盖- 进气盖的设计不止一种，有较为复杂的组合式，有简单易调整的分体式，理论上只要能达到流道要求，采用哪一种结构是设计师的自由。
进气盖在设计的时候先考虑好图中4点：1、如何与气动电机连接；2、如何与扩压器连接；3、如何与外壳，整流罩连接；4、与压气轮配合所需要的尺寸精度和位置精度。
180N推力级别的发动机，这4个地方的间隙在0.15mm左右，理论上是间隙越小越好，但考虑到加工精度和工况适用性，以及必要的压气轮膨胀间隙，最终间隙值定在0.15mm（是压气叶轮和进气盖的配合面整体间隙都要均匀的控制在0.15mm左右）。
加工精度差，压气轮材料差，工况恶劣都应当放大间隙值。否则极易造成刮擦停机。判断的方法很简单，发动机着机之后能够顺利提高转速，停机之后检查进气盖流道侧有无刮擦痕迹。
进气盖加工：
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