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楼主: cai鸟先飞
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【殿堂级】微型涡喷发动机制作经验总结(原型机GR180)

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 楼主| 发表于 2017-6-20 00:20 | 只看该作者
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:31 编辑

2.3 发动机压气轮选型
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2.3.1 压气轮:压气轮如大家所知,在汽车涡轮增压器中压气轮已经成为必备的重要部件,在制作微型涡喷发动机的时候大多数朋友都能够直接拿来就用。这也是最节省成本的一种方式。

汽车涡轮增压器使用的叶轮有这样一些特点:1、专门针对汽车发动机设计,影响因素有汽车发动机的排量,进气方式,动力输出曲线;2、增压器叶轮性能曲线和涡喷发动机性能曲线并不一定完全匹配;3、增压器叶轮叶片数量,叶片角度,叶型设计方案众多;4、同尺寸的叶轮,性能差距可大可小;5、容易获得,价格便宜。

举个例子:仅仅针对压气轮外形尺寸来进行讨论。市场上销售的微型涡喷发动机中,往往同等推力指标下,发动机的外形尺寸却不尽相同。其中压气轮的直径据我所了解的几款型号发动机也存在明显区别。叶轮的进气面积,叶轮排气面积(简单点理解为叶轮进气部位的直径和叶轮的最大外径)往往相差几毫米,不要小看几毫米的差距,通过这种优化设计,同外形尺寸的发动机推力可以做到更大,同推力的发动机外形可以做得更小,意味着发动机重要的性能参数“推重比”可以得到极大的提高。

在我所了解的范围内TWKT和保定玄云都在优化发动机性能这个方向持续的努力。

选择压气机最重要的参数是压气机本身的工作效率以及性能曲线。

网络上有很多的压气轮卖,很多商家都说自己卖的压气轮做好的动平衡,是某型号发动机标配的压气轮。虽然价格便宜(也有贵的),但是真正如卖家所说是配那个型号的发动机吗?我看未必。大多数商家,恐怕自己实验都没有做过吧。我自己也犯过这样的错误,这里面存在一个误区,就算压气轮的外形尺寸都是一样的,但是压气轮的效率和性能曲线或许压根就和网络上找的涡喷发动机图纸不匹配。是的,叶轮的外形尺寸都一样,但就是这么神奇。叶轮的核心就在于叶片的两条叶型曲线子午线。这是最终决定叶轮效率的关键,需要经过电脑模拟和多次实际实验才能确定。

国内买的压气轮和国外买的压气轮对比

三种外形尺寸接近的叶轮,可以明显看出叶片数量,叶片曲线存在一定的区别。

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 楼主| 发表于 2017-6-20 00:20 | 只看该作者
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:32 编辑

叶轮的设计是专门的学科,目前国内做涡喷的同学对叶轮的理解也多半是一知半解,大多数人的做法是,买国外的商品机,拿到加工厂3D扫描,然后原样复制。所以,我建议要自己做涡喷的朋友也这么做,因为这是最省钱的办法。当然,我说的省钱,并不意味着比买商品涡喷还便宜。另外发动机调试也是一件知识技术含量非常高的工作,就算所有的零部件都是正确的,组装好也未必能达到标准的性能数值,所以说不是所有的人仿制都能成功。

关于压气轮的效率,一般理想的情况下,压气轮的效率大约为70%,下面附一张图说明压气轮效率对涡喷性能的影响。


图片来自Herr Schreckling大神的FD3/64发动机

看不懂的朋友,我解释一下:

当其他条件不变,压气轮效率为65%时,推力在10N左右就达到排气温度的上限了。
当其他条件不变,压气轮效率为70%时,推力在22N左右达到排气温度的上限。
当其他条件不变,压气轮效率为75%时,推力在30N左右才达到排气温度的上限。

注:830K=557℃  计算公式1K=(1-273)℃  K是开氏温度

简单来说,就是压气轮的效率是越高越好,但是压气轮的效率不可能达到100%,因为存在各种因素造成的效率损失,比如摩擦损失,压气轮和进气盖之间的间隙损失。

那么有朋友要问了,如何得出压气轮的工作效率和性能曲线?

这也是目前我在学习要解决的问题,目前我也给不出更好的建议,途径只有一个,通过理论计算,然后制作专门的测试设备进行测量。还有一个途径,也许可以通过模拟软件获得这个参数。

当然并不是说市面上容易买到的叶轮就完全不能用。事实是:也是可以用的,做出来的发动机性能也许更好,也许差一点。最差的结果也是仍然可用。只是没有达到最优而已。





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 楼主| 发表于 2017-6-20 00:21 | 只看该作者
本帖最后由 cai鸟先飞 于 2017-6-22 16:32 编辑

压气轮制作:
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压气轮的加工需要专用的治具以保证其同心度,同心度直接关系到发动机最终装配,测试,动平衡。

另外压气轮加工时,最大直径处非常薄的边一定要尽量的均匀,平行度公差越小越好。CNC加工可以控制在0.02mm误差以内甚至更高,但是铸造的叶轮要保证这个平行度就比较困难了,虽然平行度在0.1mm以内都不会有太大的影响,但原则是误差越小越好。

另外压气轮与轴配合的孔精度要求也非常高,配合的诀窍是不能太紧,也不能太松,达到一根手指能稍微用劲把压气轮装配到位的程度。要达到这种精度的装配,尺寸公差要控制在0.01mm以内。另外关于配合有许多的说法,理论上是稍微过盈配合最好,在高速旋转的时候叶轮和轴不会打滑,但是装配难度高,需要专门的设备和工艺。但是经过众多商家的理论实践,不用过盈配合,用手稍微用一点力能把叶轮装配到底,同时拿出来也不会困难这种配合效果是最好的。尽量不让叶轮内径和轴之间有间隙。

最最重要的一点,压气轮必须要和进气盖配合使用,不同的厂家加工出来的尺寸是不一样的,千万不要想当然的认为这里买个压气轮,那家买个进气道装上就能用了。我会告诉你这两个零件必须要配合的很好才能达到理想的工作间隙,严格的来说整台发动机都需要精密的配合。

不出意外的话大家拿到手的压气轮都是经过动平衡处理的压气轮,压气轮表面看起来会有一些磨掉的地方或者打孔压铅的处理,虽然看起来会觉得是缺陷,但实际上是压气轮做好动平衡的表现。在后面还会讲到,即使做好动平衡的叶轮,仍然需要在发动机装配完成后再做整体动平衡。

压气轮加工:

修爪保证同心度
加工前面的磁环孔
加工与轴配合的内孔,使用的钨钢刀具,深孔加工需要刀具具有很高的刚性和抗震能力。
加工子午线之前做的一个定位夹具(一根轴)保证同心度。
加工子午线
同上做定位夹具
固定好压气轮加工外圆
夹持外圆修端面台阶
修端面台阶
修好了
完成品正面
完成品背面
和进气盖配合的样子

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发表于 2017-6-20 01:18 | 只看该作者
学习了!收藏了慢慢研究!
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发表于 2017-6-20 01:51 | 只看该作者
强的没话说
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发表于 2017-6-20 04:09 | 只看该作者
佩服,没有强烈的热情,楼主怎么能走到这一步?
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发表于 2017-6-20 05:57 | 只看该作者
     _∧_∧_
     ((`/  )
    /⌒    /
   /(__ノ\_ノ
  (_ノ |||
好棒啊~~赞~~~ 
 ∧_∧ ∧_∧
((  ))) )
`\   ∧   ノ
 /  |/  |
(_ノ_)_ノL_)

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发表于 2017-6-20 05:58 | 只看该作者

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发表于 2017-6-20 06:59 | 只看该作者
看看都高大上哟,顶楼主!!!!!!!!!!
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发表于 2017-6-20 08:06 | 只看该作者
这不射精也太……
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发表于 2017-6-20 08:32 | 只看该作者
这是航模金字塔顶学问,难学难做噢!楼主厉害了!!!!
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发表于 2017-6-20 08:53 | 只看该作者
顶下,不管是来宣传卖东西还是玩,能飞享就不错
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发表于 2017-6-20 08:55 | 只看该作者
这个也太那个啥了。
来自安卓客户端来自安卓客户端
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发表于 2017-6-20 09:10 | 只看该作者
写的太好了,认真看完以后,觉得有钱直接买涡喷就好我们学校以前有几个发动机专业的学生自己倒腾出来一个涡喷,最后推重比太低,只能装在遥控车上跑。。。
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发表于 2017-6-20 09:27 | 只看该作者
严密跟踪关注
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发表于 2017-6-20 09:40 | 只看该作者
此贴甚是NB,请斑竹射精!
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发表于 2017-6-20 09:46 | 只看该作者
神贴留名
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发表于 2017-6-20 09:50 | 只看该作者
望而却步~
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发表于 2017-6-20 09:58 | 只看该作者
进来学习一下。
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发表于 2017-6-20 10:16 ——“来自手机” | 只看该作者
图片全挂了
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