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》

第二章中说明设计流程所用的公式 与参数,并计算出所需数值.

第三章中说明微型涡轮发动机的实际制 作与实验方法.

第四章探讨量测的情况并作检讨.最后列出论文相关 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] 的参考文献并将微型涡轮发动机的详细设计图置於附录中以供利用.

4 本研究将先依照小型涡轮发动机的设计经验与流程,找出适当 的数唇形⑿臀新址⒍钠ι杓,并同时考虑材料的温度 与转速限制,修改设计,并将发动机的大小限制在一定的围内,因此,在归纳可行性后,微型发动机的设计条件为: (1) 尺寸:长度为5 公分. (2) 材料:304 不锈钢. (3) 最高温度限制:摄氏600 度. (4) 转速:300000rpm. (5) 压缩比:2 (6) 推力:100 公克. 在上述诸条件下,因为考量到未来如果想将此微型涡轮发动机 应用到其他实用的设备上,成本自然不能太高,因此采取以一般的 CNC 加工方式来制造,以压低成本.在发动机制作完成后,将制作一 个测试台以进行下列的测量: (1) 压缩机后的压力. (2) 燃烧室后的温度.

5 (3) 转速. (4) 推力. 将得到的性能曲线与性能特徵,与现有的小型涡轮发动机比 较,以探讨微型涡轮发动机的性能特徵,并研究实际肜砺壑抵 的差异. 本研究是将涡轮发动机做小型化的设计与制造,因此是以热力 学的布兰登循环(Brayton Cycle)为主要性能的依,参考其他小型 涡轮发动机的实际经验所提供的发动机各部分的效率围与加工材 料的特性与限制,计算出微型涡轮发动机的各部分尺寸,再以实际加 工的难易度作取舍,设计出微型涡轮发动机的各部分尺寸与形状,将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] 之加工组装. 本研究的微型涡轮发动机是一具涡轮喷射发动机的微小化设 计,采用离心式的压缩机与涡轮和筒状燃烧室,各部分元件的基本工 作原理如下:

6 (1) 压缩机(Compressor): 压缩机藉涡轮的旋转带动而将外界气体吸入发动机中,利 用气体流过压缩机叶片的入口和出口的角度不同,以及速度 不同,而产生角动量的变化及压力的提升.多级的压缩机产 生的压力也就越大. (2) 扩压叶片(Diffuser): 扩压叶片置於压缩机叶轮(impeller)的下游,他的设计主 要是承接叶轮的气流,并将气流的速度降低,使气流压力(静压)提升,当进入燃烧室后易与燃料混合而燃烧. (3) 燃烧室(Combustor): 燃烧室为将空气与燃料混和燃烧处,混合气体经过燃烧后 体积膨胀,产生更大动力,以推动涡轮叶片,涡轮叶片转动 产生动能,以带动压缩机,额外的能量,则排出发动机外, 对外界产生动力. (4) 涡轮入口导叶片(Turbine Inlet Guide Vane): 涡轮入口导叶片位於燃烧室出口及涡轮上游,其功用为

7 将由燃烧室流出的热空气导入涡轮,它的设计需考虑到燃烧 室出口气流与涡轮入口气流的衔接,它同时需承受发动机中 最高的温度,因此材料的选择决定了发动机的最高温度. (5) 涡轮(Turbine): 燃烧室出来的热空气进入涡轮中,推动涡轮以带动前端 的压缩机,压缩机转动而将冷空气吸入,重复上述的循环;

而气流由涡轮流出后,有一定的速度,使发动机产生一定的 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] 推力. (6) 喷嘴(Nozzle): 喷嘴位於涡轮的下游,也是发动机的最末端,利用喷嘴 的形状可调整由涡轮流出的气流速度,因而提供所需的推力.