小型飞行器动力一微型发动机 喷气式发动机是现代航空的基础，一提到它，我们就会想到复杂到令人望而却步的结构 和技术。但其实航空发动机和我们的距离没有那么遥远，我们自己甚至可以去制作一款发动 机。今天我们就可以通过一款经典的使用在航模上的涡轮喷气发动机，FD3/64,来说明一下 小型涡喷发动机的结构。 涡喷发动机依靠向后高速喷出的气 体带动涡轮得到动力。运行时，先由前部 的压气机压对缩气体并预热，然后在燃烧 室燃烧，使之剧烈膨胀，从而产生很大的 压强，向后喷气，得到动力。 结构上，发动机可以分为定子、转子 和外壳。 一、转子系统： Figure1FD3/64模拟外观 转子系统即是可以旋转的部分。大型 双转子发动机的高压轴转速在9000到10000转，低压轴的转速在3000转左右，小型发动 机尺寸虽小，但转子的转速在10000到70000转左右。轴的工作环境比较恶劣，所以一般 使用一根高质量的合金中轴。仔细看，轴由中轴和两个轴承套组成。 1 Shaft 11_3_Rear_Bearing_Bush (1_3_Rear_Bearing_Bush.1) 11 Middle Shaft (1 1 Middle Shaft1) 1_2_Front_Bearing_Bush (1_2_Front_Bearing_Bush.1) Constraints -Appications Figure2中轴 11_3_Rear_Bearing_Bush (1_3_Rear_Bearing_Bush.1) e1_1 Middle_Shaft (1_1_Middle_Shaft.1) ' 1_2_Front_Bearing_Bush (1_2_Front_Bearing_Bush.1) Constraints Figure.3中轴分解
小型飞行器动力——微型发动机 喷气式发动机是现代航空的基础，一提到它，我们就会想到复杂到令人望而却步的结构 和技术。但其实航空发动机和我们的距离没有那么遥远，我们自己甚至可以去制作一款发动 机。今天我们就可以通过一款经典的使用在航模上的涡轮喷气发动机，FD3/64，来说明一下 小型涡喷发动机的结构。 涡喷发动机依靠向后高速喷出的气 体带动涡轮得到动力。运行时，先由前部 的压气机压对缩气体并预热，然后在燃烧 室燃烧，使之剧烈膨胀，从而产生很大的 压强，向后喷气，得到动力。 结构上，发动机可以分为定子、转子 和外壳。 一、转子系统： 转子系统即是可以旋转的部分。大型 双转子发动机的高压轴转速在 9000 到 10000 转，低压轴的转速在 3000 转左右，小型发动 机尺寸虽小，但转子的转速在 10000 到 70000 转左右。轴的工作环境比较恶劣，所以一般 使用一根高质量的合金中轴。仔细看，轴由中轴和两个轴承套组成。 Figure 2 中轴 Figure 3 中轴分解 Figure 1FD3/64 模拟外观
在轴的前部连着压气机。压气机分为轴流式压气机和离心式压气机，由于结构的限制， 小型发动机一般采用离心压气机。压气机由前衬套、前部碳封沿、前盖、风扇、基板、后部 碳封沿、后衬套组成，大多数部件可以车削加工得到。 Figure4压气机拆解 Caten(2Corep-esotDnt Caten 00 Figure5压气机效果图 轴的后部与钢制涡轮盘焊接得到。 G Figure6涡轮
在轴的前部连着压气机。压气机分为轴流式压气机和离心式压气机，由于结构的限制， 小型发动机一般采用离心压气机。压气机由前衬套、前部碳封沿、前盖、风扇、基板、后部 碳封沿、后衬套组成，大多数部件可以车削加工得到。 Figure 4 压气机拆解 Figure 5 压气机效果图 轴的后部与钢制涡轮盘焊接得到。 Figure 6 涡轮
涡轮由钢板剪切、扭转至一定角度、再磨成特定叶片形状。涡轮加工的好坏对于发动机 效率至关重要。大型涡轮发动机一般有2到4级涡轮，每级涡轮上有20到30个涡轮叶片， 而每片叶片输出的功率和一台家用轿车相当。涡轮的工作温度在2000K左右，对涡轮强度的 有很高要求。而小型发动机的涡前温度比较低，功率在100W左右，涡轮工作环境相对较好。 二、静子系统 静子系统可以大致分为支撑结构（包括滑油系统）、燃烧室、扩散管、涡轮导向器、尾 椎。 支撑结构即是固定的部分，包括和机壳、机盖、燃烧室、油路等部分。其中主要部件如 下，从前到后是压气机导向叶片、固定木盖、基板、连接件、弹簧、法兰盘、轴承套、支撑 杆。滑油系统将外部的滑油充入轴承套内，润滑轴承、中轴，同时温度稍低的滑油可以减轻 轴的热负荷。 Figure7支撑结构 燃烧室由外部、前部、内部焊接而成。内部和外部分别开孔。大型航空发动机的燃烧室 都经过精心设计，由先进涂层、气膜冷却等技术提高涡轮前温度：同时需要保证火焰稳定， 以满足飞机在不同工况下的正常飞行：达到贫油燃烧，以节约燃油：减少尾气中NO,含量， 以满足越来越严格的排放标准。小型涡喷发动机多是在小型飞行器上应用，只需保证火焰稳 定、结构可靠的要求。 在燃烧室外，绕有扩散管，燃油通过燃烧区时汽化，成为燃气，提高燃烧效率
涡轮由钢板剪切、扭转至一定角度、再磨成特定叶片形状。涡轮加工的好坏对于发动机 效率至关重要。大型涡轮发动机一般有 2 到 4 级涡轮，每级涡轮上有 20 到 30 个涡轮叶片， 而每片叶片输出的功率和一台家用轿车相当。涡轮的工作温度在 2000K 左右，对涡轮强度的 有很高要求。而小型发动机的涡前温度比较低，功率在 100W 左右，涡轮工作环境相对较好。 二、静子系统 静子系统可以大致分为支撑结构（包括滑油系统）、燃烧室、扩散管、涡轮导向器、尾 椎。 支撑结构即是固定的部分，包括和机壳、机盖、燃烧室、油路等部分。其中主要部件如 下，从前到后是压气机导向叶片、固定木盖、基板、连接件、弹簧、法兰盘、轴承套、支撑 杆。滑油系统将外部的滑油充入轴承套内，润滑轴承、中轴，同时温度稍低的滑油可以减轻 轴的热负荷。 Figure 7 支撑结构 燃烧室由外部、前部、内部焊接而成。内部和外部分别开孔。大型航空发动机的燃烧室 都经过精心设计，由先进涂层、气膜冷却等技术提高涡轮前温度；同时需要保证火焰稳定， 以满足飞机在不同工况下的正常飞行；达到贫油燃烧，以节约燃油；减少尾气中 NOx 含量， 以满足越来越严格的排放标准。小型涡喷发动机多是在小型飞行器上应用，只需保证火焰稳 定、结构可靠的要求。 在燃烧室外，绕有扩散管，燃油通过燃烧区时汽化，成为燃气，提高燃烧效率
0 0 Figure8燃烧室及扩散管 涡轮导向器是引导高温燃气的进入涡轮的装置，它的安装角度对于涡轮稳定转动有着至 关重要的作用。这个小型发动机的涡轮导向器使用夹板和轻质金属合金制成，在保证强度的 基础上尽量减轻发动机重量。后部的涡轮壳与前部的锥体、中心部件、叶片需要焊接在一起。 Figure9涡轮导向器 尾椎采用收缩喷管。这样的发动机对于单位流量推力(Fs)和单位推力燃油消耗率(SFC) 都没有过高要求，这样的结构便显得简单而容易加工。 Figure10尾椎
Figure 8 燃烧室及扩散管 涡轮导向器是引导高温燃气的进入涡轮的装置，它的安装角度对于涡轮稳定转动有着至 关重要的作用。这个小型发动机的涡轮导向器使用夹板和轻质金属合金制成，在保证强度的 基础上尽量减轻发动机重量。后部的涡轮壳与前部的锥体、中心部件、叶片需要焊接在一起。 Figure 9 涡轮导向器 尾椎采用收缩喷管。这样的发动机对于单位流量推力（Fs）和单位推力燃油消耗率（SFC） 都没有过高要求，这样的结构便显得简单而容易加工。 Figure 10 尾椎
Figure11静子整体 三、外罩 外罩主要由前盖，外壳和支架组成 外壳由一个弹壳经过简单加工得到，由钢片制成的支架焊接在外壳上。而盖子由一系列 同心圆环片组成。它们通过螺丝固定在静子系统的支撑结构上。这里外罩的作用只减小阻力， 美观。 大型客机的机匣经过精心的设计：先进的气动外形，使得发动机和飞机完美结合，使飞 机获得更小的阻力：采用坚固的材料以通过“机匣包容性”实验，即发动机机匣可以阻止断 裂的风扇叶片飞出。先进的涡扇发动机每片风扇叶片承受着一节火车车皮重量的载荷，3000 转每秒的转速旋转。涡扇一旦断裂，机匣需要吸收的巨大能量是可想而知的。 Figure12外壳 最后，我们将以上三个系统按照一定的约束装配起来，即可得到一款适用于小型飞行器 的单转子涡喷发动机。需要注意的是，装配转子系统后，需要做精准的动平衡实验，即通过 对涡轮上的不同相位角的地方打磨，使得转子系统不偏心，否则发动机的转速极高，向心加 速度极大产生的惯性力极大，同时还有高温条件，让这小小的发动机成为一个随时都可能爆 炸的炸弹
Figure 11 静子整体 三、外罩 外罩主要由前盖，外壳和支架组成 外壳由一个弹壳经过简单加工得到，由钢片制成的支架焊接在外壳上。而盖子由一系列 同心圆环片组成。它们通过螺丝固定在静子系统的支撑结构上。这里外罩的作用只减小阻力， 美观。 大型客机的机匣经过精心的设计：先进的气动外形，使得发动机和飞机完美结合，使飞 机获得更小的阻力；采用坚固的材料以通过“机匣包容性”实验，即发动机机匣可以阻止断 裂的风扇叶片飞出。先进的涡扇发动机每片风扇叶片承受着一节火车车皮重量的载荷，3000 转每秒的转速旋转。涡扇一旦断裂，机匣需要吸收的巨大能量是可想而知的。 Figure 12 外壳 最后，我们将以上三个系统按照一定的约束装配起来，即可得到一款适用于小型飞行器 的单转子涡喷发动机。需要注意的是，装配转子系统后，需要做精准的动平衡实验，即通过 对涡轮上的不同相位角的地方打磨，使得转子系统不偏心，否则发动机的转速极高，向心加 速度极大产生的惯性力极大，同时还有高温条件，让这小小的发动机成为一个随时都可能爆 炸的炸弹
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Figure 13 静子转子组装 Figure 14 机壳约束 Figure 15 组装完成的 FD3/64