2015年清华第二届创客日-南京工程学院
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涡轮喷气发动机
简介
涡轮喷气发动机是一种通过加速排出的高速流体做功的热机或电机，使燃料燃烧时产生的气体高速喷射而产生动力。
工作原理
现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。涡轮喷气发动机仍属于热机的一种，就必须遵循热机的做功原则：在高压下输入能量，低压下释放能量。因此，从产生输出能量的原理上讲，喷气式发动机和活塞式发动机是相同的，都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段，不同的是，在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的，但在喷气发动机中则是连续进行的，气体依次流经喷气发动机的各个部分，就对应着活塞式发动机的四个工作位置。
发展历史
- 战争需要
到了三十年代末，尤其是在二战中，由于战争的需要，飞机的性能得到了迅猛的发展，飞行速度达到700－800公里每小时，高度达到了10000米以上，但人们突然发现，螺旋桨飞机似乎达到了极限，尽管工程师们将发动机的功率越提越高，从1000千瓦，到2000千瓦甚至3000千瓦，但飞机的速度仍没有明显的提高，发动机明显感到“有劲使不上”。
- 研发突破
早在1913年，法国工程师雷恩．洛兰就获得了一项喷气发动机的专利。这是一种冲压式喷气发动机，在当时的低速下根本无法工作，而且也缺乏所需的高温耐热材料。1930年，弗兰克·惠特尔取得了他使用燃气涡轮发动机的第一个专利，但直到11年后，他的发动机才完成其首次飞行，惠特尔的这种发动机形成了现代涡轮喷气发动机的基础。
- 进步优势
随着航空燃气涡轮技术的进步，人们在涡轮喷气发动机的基础上，又发展了多种喷气发动机，如根据增压技术的不同，有冲压发动机和脉动发动机；根据能量输出的不同，有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机，但其优异的高速性能使其迅速取代了后者，成为航空发动机的主流。
小型喷气发动机功能用途
动力提供
- 用于小型飞行器的动力系统
小型涡轮喷气发动机因其结构小巧可应用于诸多小型飞行器。其工作过程中及其接近真实飞机效果，深受广大航模还好着的喜爱。此发动机能够很好的用于军用靶机的动力系统，其速度可高达600km/h可以满足日常军事训练，因其生产陈本低故可以大量使用。
- 基于空气的发电器
利用小型涡轮发动机喷射的高速气体可使发电机叶轮转动，进而带动发电机发电。
教学模型
- 静态
其结构与真实发动机相比非常简便，可以让初学者更好的了解喷气发动机。对涡轮喷气发动机的初学者有很好的引导作用。
- 动态
用于教学的同时可以试喷，可以更为了解喷气发动机的工作原理。
功能需求
工程简化
- 进气口
- 压气机
- 燃烧室
- 涡轮
- 喷口
设计参数
材料最佳选择
航空用铝
强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件
高温合金
在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能。
40铬
具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。
304不锈钢
具有加工性能好，韧性高的特点，广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业。
工作流程
零件
出图
经过CAD出图，材料的多次选择，细节的优化，剔除复杂轮廓方便加工，加工完成后的零部件。
制作
- 涡轮
涡轮的桨叶长度大约是外经的1/6，引用国外实验的数据。涡轮不能钻孔，叶片数设计为17片。当温度从500度降至20度时，涡轮与机壳的间隙会减少5％，也就是说设计时要预留涡轮膨胀空间，太大了没推力。涡轮为高温合金制成。需经过动平衡测试才可使用。
- 轴与轴承
高转速低转矩，必须很硬，不然会在20000转/分的情况下共振损坏。轴承需陶瓷高速轴承，达30000转/分才行。
- 压气轮
材料为航空层板，或涡轮增压机的进气叶轮。需经过动平衡测试才可使用。
- 燃烧室
原设计是圆锥状，效率不高。环型燃烧室为重新设计为圆柱状，，不再用笨重的盘状结构燃料管，而是用6根1mm直径的注射器针来做，增加了六根燃料蒸发短管，改进后，提高了燃烧效率，有能力让涡轮转速达，30000转/分。
- 导气环（NGV）
原NGV,要焊在外壳上，加工过程较麻烦一些，现导气环重新设计，，以配合圆柱状燃烧室，可以按图用不锈钢板来焊接加工。
