航空涡扇发动机展品研制

郑宇 李永平

摘要：便于教学和演示航空涡扇发动机的工作原理目前市场上并不成熟，本文设计并制作了一种便于携带、用于演示航空涡扇发动机的工作原理的模型，它由风扇，内涵道，外涵道，压气机，燃烧室，高压涡轮，低压涡轮，尾喷管组成。本装置易于携带、制作成本低，能较好的演示航空涡扇发动机的工作原理。

本文详细描述了这种便于携带，用于展示航空涡扇发动机工作原理的设计构造，其总长为35cm，风扇的横截面积为Π*10cm*10cm。它是由一个风扇，压气机，燃烧室，高压涡轮，低压涡轮，尾喷管组成，我们通过手动转动涡扇，来模仿进气的过程，风扇转动带动轴承使压气机，燃烧室等组件进行转动。

1.项目概况

本次项目的创新点是我们通过3D打印技术来制作我们的航空涡扇发动机模型，特色是我们所运用的3D打印技术，我们找到了厂家，我们进行了深度的技術交流，并且合力完成了我们的航空涡扇发动机模型的制作，之后我们将每一个部件进行了组装，在组装的过程中，我们也查询了许多专业知识，对每一个部件进行了识别，我们进行组装的时候也直接可以清晰的观察到内部的结构，与每一个部件之间是通过什么相连接的，我们将该模型组装完毕之后，我们可以直接模仿发动机的启动方式，将模型进行转动，这样我们就能清晰的观察到航空涡扇发动机的工作状态，进而我们可以去继续探究工作原理。

在项目初期，由于知识方面的欠缺，我们进度较慢。通过询问指导老师、及时调整方案，花一段时间学习相关知识，在此过程中我理解到科研最重要的是要抓住项目所要研究的主要问题，再对研究方案做出合乎实际的设计，最后才能取得预期成果。我体会最深的是要勤于思考，要善于从不同角度分析问题。每个课题研究的都是新的问题，没有现成的方案，需要自己去找文献查资料，去抓住问题的本质寻找规律，然后确定要创新的方向，不断地努力，独立思考。在创新方面，首先要确定创新的方向和目标，要始终围绕创新点，不能偏离主题，也不能随意猜测，而要有根据有目的地做出假设，再一步步通过实践去论证自己的猜测。其实，每一个伟大的成就都是这样“平凡”地一步一步实现的。该项目真正做起来才发现并不那么容易，需要做很多的工作，并且这些工作都还需要很大的耐心和毅力。比如早期的文献查阅、数据收集、数据计算及其分析、模型构建。整个过程中我认识到做科研必须具有一丝不苟的严谨态度，要本着对科研负责，对科学负责的态度，进行自己的研究。

虽然项目进展过程中我们也遇到了很多困难，但本小组成员都以积极向上的心态去应对，正是一次次通过努力越过难关给我们带来了一段段难忘的回忆，也让我们体会到：世界上任何一个突破性、创新性的成就都是经过这样“平凡有点枯燥”的过程后一步步得出来的。

2.设计方法与制作过程

此次设计我们是通过课程的学习，进而想更进一步的探索涡扇发动机内部的工作情况，和涡扇发动机的工作原理。

涡扇发动机模型整体的结构和功能

航空涡扇发动机展品的研制，第一步我们先需要找到3D建模的数据，对于风扇，压气机，燃烧室，涡轮和排气系统部分，而在建模的过程中需要用到proe软件进行3D建模。我们最终拼装成功的造型。

这个模型其中包含许多小零件，这些零件都有着很重要的作用，这些小零件如图2所示。每一个都做工精细，功能都各不相同。

风扇

风扇的横截面积为Π*10cm*10cm，风扇是涡扇发动机的重要组成部分，涡扇发动机的外涵推力完全来自于风扇所产生的推力，风扇的的好坏直接的影响到发动机的性能，这一点在高涵道比的涡扇发动机上同样重要。

压气机

压气机的作用是提高进入发动机燃烧室的空气压力。他是利用高速旋转的叶片对空气做功的。在这个圆锥体上有数条螺旋形的叶片，当压气机的圆盘运转时，空气就会被螺旋形的叶片“抓住”，在高速旋转所带来的巨大离心力之下，空气就会被甩进压气机圆盘与压气机机匣之间的空隙，从而实现空气的增压。

燃烧室

空气经压气机增压后，进入燃烧室。燃烧室是燃料与从压气机出来的高压空气混合燃烧的地方。燃料燃烧后，燃料的化学能转变为内能，气体温度和压力升高。高温，高压的气体冲向涡轮，驱动泵旋转而发出功率。

尾喷管

尾喷管是发动机的排气系统。不同的燃气涡轮发动机，尾喷管的设计也有所不同。尾喷普般由中介管和喷口组成。中介管在涡轮后由整流锥和整流支板组成，起慈流的作用，否则燃气会在涡轮后产生强烈涡流，影响推力。喷口一般为收敛形，但当飞行速由较高时，尾喷口出口处的压力大大超过当地大气压力，为了提高发动机的工作效率，获得更大的推力，会采用超声速喷管（拉瓦尔喷管）。

2.效果展示

图为涡扇发动机模型的实物照片，由此可见其小巧、紧凑的结构。本发动机模型的优点是直观，让我们能更好的感受到它的工作原理。它轻便、小巧的特点使教师便于携带到实验室、教室甚至在办公室中进行演示教学。我们通过手动转动风扇来模拟发动机的进气过程，我们可以通过这个模型更直观形象的看出。

3.结论

通过这次对于航空涡扇发动机的模型制作，我们对于航空涡扇发动机有了一个更深度的认。对于涡扇发动机的各个部分都有了全新的理解，其主要的组成部分风扇，压气机，燃烧室，涡轮和尾喷管。这个模型我们运用到的工具有一台电脑，一台3D打印机，螺丝刀，小垫片和销钉，我们通过联系了3D打印商，采用了3D打印技术，运用了光敏树脂为材料进行模型的制作。此次，模型的制作我们是通过结合我们所学的航空航天概论和航空动力装置等课程，因为我们想继续探索涡扇发动机内部的工作原理，所以我们进行了这个涡扇发动机模型的研制，这个模型可以更好的像大家展示其工作原理。