【走进工厂】之涡轮喷气式发动机生产流程

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涡轮喷气发动机(以下简称涡喷发动机)是一种涡轮发动机,特点是完全依赖燃气流产生推力,通常用作高速飞机的动力。现代涡喷发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。

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(像真涡喷模型飞行)

在了解生产流程前,我们先来讲讲涡喷发动机的工作原理。从产生输出能量的原理上讲,涡喷发动机和活塞式发动机(点击查看【走进工厂】之航模汽油活塞式发动机生产流程)是相同的,都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。两者同样有进气、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行程。

而模型涡喷发动机在结构和工作原理上,和真发动机基本相同,模型涡喷发动机通过压气轮将新鲜空气吸入发动机,扩压器将气流速度减缓后送入燃烧室,同时油泵将燃油泵入蒸发管,进入蒸发管的燃油被燃烧室内高温环境汽化后从蒸发管进入燃烧室,蒸发后的燃油遇见新鲜空气产生爆燃,高温高速气流从燃烧室喷出驱动涡轮旋转并产生推力,涡轮通过主轴带动压气轮继续吸入更多的新鲜空气,工作循环就这样建立了。通过适当的改变供油量,可对转速进行控制。

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(模型涡喷发动机)

在近年来的航模运动中,涡喷发动机凭借强劲的动力,逼真的声音也被广泛的纳入了玩家的视线。当越来越多的厂家开始研发、制造小型涡喷发动机后,高昂的成本,繁琐的使用,保养的不便,也逐步下降和便利,让更多的玩家能够接纳。今天,我们带大家走进国产涡喷发动机制造商:广州市司派克航空器材有限公司(以下简称司派克),一解涡喷神秘的面纱。

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首先,我们同样通过流程图,来了解涡喷发动机生产流程。

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在生产发动机前,厂家会经过对机型匹配或市场需求来确立发动机推力大小,并画图设计打样。其中包括发动机本体设计及电子部件设计和软件开发。

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在完成设计后,会打样生产,并对发动机及电子部件软件部分进行匹配测试,以达到最佳效果,最终定型后,才可量产。涡喷发动机生产分为两部分,一部分为机械部件生产(发动机外壳、主轴、压气轮、扩压器、导向器、燃烧室等),另一部分为电子部件生产(ECU、电磁阀、点火头等),电子部件因涉及到部分商业信息,这里将不再过多介绍。机加工部分,发动机外壳、扩压器等都由数控机床加工,压气轮、涡轮等为铸造加工。涡喷发动机关键部件,如燃烧室,导向器,涡轮等,必须要求材料耐受高温。

发动机外壳一般都为铝合金。加工方式主要有车床加工和挤压加工,车床加工虽然费时费料,但由于加工出来的外壳精度高,依然是主要加工方式。

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在进入数控车床前,需将铝柱按外壳大小进行切割分段,也称“下料”。

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切割后的材料,送入数控车床进行加工。

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压气轮、涡轮等一般都采用铸造加工,压气轮主要有铸造和数控机床加工两种方式。铸造方式制作的压气轮重量偏重,但品质容易控制并且成本低廉。数控机床加工的压气轮较轻,但是对加工设备要求较高,并且成本高昂。现在市面上采用上述两种加工方式制作的发动机压气轮都有,且工作状态都不错。司派克的压气轮及涡轮等部件均采用铸造加工,铸造部分为外包业务,这里将不再介绍。

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(通过铸造工艺加工的导向器)

这里着重介绍一下燃烧室。燃烧室的设计和加工,是涡喷发动机整个设计加工环节中的重中之重,一台发动机的性能优劣很大程度取决于燃烧室的设计和加工品质。燃烧室加工方法就是焊接,将开好孔的高温合金片卷成桶状,一边焊接上一个圆环金属片,作为燃烧室的前盖,后面焊接8到12根蒸发管,燃烧室就制作完成。侧壁的孔位排布,蒸发管的长度和直径都大有讲究,这里不做详细阐述。

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(运行37小时的燃烧室)

相比活塞式发动机,涡喷发动机的部件不算太多,但仍需工人细心组装,在运行过程中,发动机转速会高达十几万到几十万,细微的差错将会导致不可估量的后果。

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这里,我们列举出了涡喷发动机中的重要部件详细介绍。

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油环:负责将燃油均匀的运送进燃烧室
导向器:将燃烧室出来的高速气流整流,以最大效率驱动涡轮
涡轮:燃烧室出来的高速气流驱动涡轮,进而通过主轴带动压气轮吸入更多空气

压气轮:负责将大量空气引入发动机
扩压器:将高速气流转换为低速高压气流
燃烧室:俗称炉子,提供燃烧空间
起动机:启动阶段,通过离合器带动压气轮旋转,进入怠速后,离合器自动脱开

电磁阀
:启动阶段控制点火油路和主油路
ECU:发动机的大脑,负责控制整个发动机的启动和运行,并记录发动机运行状态
火头:启动阶段用来点燃燃油

部件生产完成后,仅仅成了发动机生产的1/3。专业细心的组装是一台发动机运行的关键。组装过程中需特别注意发动机的气密性。各油路、气路,一定要保证无泄漏。由于涡喷发动机的轴承属于精密部件,安装过程中不能有冲击动作,只能采用静压。组装完成后,需对各部件功能进行检查,如检查电磁阀的气密性,热电偶的好坏,热火头的好坏等。轴系安装完成后,要对整个轴系做动平衡处理,涡喷发动机工作转速极高,所以动平衡要求也极高。

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总装完成后,发动机将送往试车台进行试车。

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涡喷发动机试车一般分两部分。一是启动测试,测试发动机能否顺利的启动到怠速,启动过程要求不能有很大尾焰,不能超温,不能超时。二是运行测试,主要测试提速是否正常,提速过程是否会严重卡顿。另外就是测试最高转速下的最大推力和最高稳定温度。

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试车完成后,将会一一打包或安装至飞机发往客户,至此,整个涡喷发动机生产流程结束。

一台模型涡喷发动机价格从几万到十几万乃至几十万不等,良好的使用习惯,定期的保养必不可少。生产厂家的不同,保养的时限也不一样,司派克的保养周期为:25小时,一次保养的成本约为1000-2000不等,保养项目需返厂后决定,具体保养成本,请点击《司派克(SPK)涡喷发动机保养成本解析》查看。

如果您是厂家(航模、周边、电子设备、发动机等均可),愿意公开您的生产流程,也可 联系我们

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