PDF《在目前已知的各式转动机械中,一般认为,以涡轮发动机的效》

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txt[2011-4-4 12:02:34] The Design and Discussion of a Micro Gas Turbine Engine I 在目前已知的各式转动机械中,一般认为,以涡轮发动机的效 率较佳. 而随著生活方式的多样化与各种不同领域都朝微小化与轻 量化、个人化的趋势之下,如何将涡轮发动机微小化,便成为一个热 门的课题. 在市场需求上,微型涡轮发动机可概略分为发电与推进两大市 场.用於发电的微型涡轮发动机,在於提供轻便的供电系统,在军事 上或偏远地区有其用处.推进方面,早已有国内外多家厂商在竞争模 型飞机发动机的市场,如AMT 、JET CAT、雷虎…等等,除此之外, 在军事上可做靶机的发动机,小型无人飞行器的发动机、巡弋飞弹、 单兵随身发电设备等都是军事机构积极研究的重点. 在市场的带动下,目前的微型涡轮发动机研究,推力围以几 磅到十几磅为主,在更小的超微发动机,则推力只有几公克,尚未有 推力介於这两个围之间的研究,见图1-1,但在市场的趋势下,推 力介於一磅以下、数公克以上的微型涡轮发动机,因其重量与体积都 比现有市场的微型发动机小很多,再加上成本比超微发动机便宜非常

1 多,因此判断将会是发动机研究的下一波重点目标. 粗略的将微型的涡轮发动机分为三种等级: (1)10 磅推力级: 为推力大约10 磅的发动机.自从在1990 年制造出第一 个微型发动机JPX-T260P(推力11 磅,长度11.61in.,最高 转速121800rpm)后,微型涡轮发动机的研究围就一直在推 力大小为数磅至数十磅之间,可以运用在UAV.在全世界, UAV 是目前发展的重点项目,而设计配合UAV 所需的发动机, 亦将为UAV 发展中的要项. 在国内的发展方面,工研院与雷虎也相继作出了推力约为

60 磅(见图1-2)与15 磅的小发动机,并由清大蒋小伟教授在 file:///E|/上传工具/docinbao/download/设计/微型涡轮发动机设计.txt[2011-4-4 12:02:34] 民国90 年至91 年间,主持P-15 引擎的性能测试与研究.

2 (2)1 磅推力级: 推力为1 磅等级的发动机.其设计的动机,亦为因应飞 行物的小型化,而需要小型的高性能发动机.目前M-DOT 公 司与美军合作,已经制作出一个86 公克重,推力1.4 磅的发 动机:Microturbojet Engine,主要是配合军事研究,见图 1-3 到图1-5. (3)克级推力发动机: 目前此类发动机,依赖微机电的技术生产,以由麻省理 工学院(MIT)所研究出来的为首,直径只有1.2 公分,推力为 0.125Nt.其主要应用为发电,尤其是特殊的军事装备上,其 重量轻、发电量较同体积电池大,是其最大优点,MIT 的超 小型涡轮机最大发电量为50W,但是发展的成本非常高,见图1-

6、图1-7. 目前推力低於1 磅的发动机除了MIT 的以微机电技术制造出来的

3 50W 涡轮机外,可说是不存在.微型涡轮机朝向微小化发展是必然的 趋势,但若小至必须以微机电的制程才能制造出来的涡轮机,其价格 势必相当昂贵,实际上介於1 磅与克级推力之间的涡轮机仍有相当的 应用围,例如可应用在更微型的UAV,或电子设备供电用途上,而 若能够以传统精密加工技术即达到此设计与制作的目的,则未来的微 型涡轮机将有很大的发展空间.本研究即是尝试将涡轮发动机微小 化,至一个大拇指节的大小,探讨其设计、制作的可行性. 本研究主要是根杓菩⌒臀新址⒍牧鞒逃刖椴问,设计 制造一具推力为100 公克的微型涡轮发动机,并以实验测量微型发动 机的基本性能参数以作为验证,在