涡轮喷气发动机制作手册

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1、FD3/67喷气涡轮发动机是KurtSchrechlings开发最后一款发动机，而且它的装配不需要特别的工具。1关于作者：KurtSchreckling,Dipl.-Ing.,生于1939年KurtSchreckling早期受到过基础技术教育，后来又修完了重点在应用物理学方面的工程课程。之后又在一家大型的化工公司从事工程控制和系统控制方面的工作。HerrSchreckling在15岁之前已经有了飞行模型的经验，那是他第一次把一套飞机模型套件组装起来后的事。几年之后他开始学习制造模型飞机和无线电控制设备。他特别钟情于模型的动力系统，但那时还没有重大的进展。因此他

2、投入了相当多的时在电动飞行器方面的开发：可调螺距的推进系统和计算机优化的电动飞行系统。接下来他的首次成功尝试是用他自己制作的一套电动直升机，随后2是他为WolfgangKueppers设计了电动系统，并创造了竞速模型的速度记录。再随后的五年中他把他的全部业余时间投入了喷气发动机的开发，并且抽出时间写出他在这方面的成功经验。因此，如决定要开发专业级的模型喷气发动机的话，HerrSchreckling是最适合的合作人选。虽然HerrSchreckling并不是非常好的模型飞行员，但是他具有独创的见解，并且在一个领域有独创，并把他自己做的发动机装到了模型中并且飞了起

3、来，因此他必定是我们这个时代最多才多艺最有经验的模型制造者。编设计涡轮机我将从尾部开始，也就是涡轮机的喷口。这是经过深思熟虑的，既然涡轮喷气发动机最重要的部分是废气的喷射速度也就是推力，这第一个问题是：如何设计涡轮机产生所需的推力，产生最高的温度和外围速度。压缩机的设计计算方法也同样适用于涡轮机的设计。最大可能的节约，也就是尽量低的燃料消耗，但在短时间的模型飞行中这一点并不是要优先考虑的。我们限制讨论轴向的涡轮机。轴向的涡轮机的工作气流沿轴向流进桨叶然后又以相同的方向喷出。有一个特性就是相对与涡轮的直径来说，桨叶的长度很短。这样我们需要使用平均速度dm来研究桨

4、叶的速度。草图显示了涡轮桨片的桨叶分布平面图，以及相应的扩散系统。两个剖面分别清晰的显示轴向方向的速度。在轴向区域外围的速度u与涡轮桨叶的入口和出口速度相同，都是在平均直径dm处测量。我们将考虑从出口那边气流的流动与机械部件移动的关系，也就是涡轮桨叶的后面。尽管我们关心的是最后的结果，也就是喷气推力。这被箭头c2表示。如果箭头c2直接指向涡轮轴线方向，那么我们就确定它是推力矢量。这个定义是设计过程的开始。c2和涡轮桨叶的外围速度u组成一个一定角度的三角。这个三角的第三边就是喷气速度w2，它在涡轮桨叶的出口被测量。以上全部被称为出口三角。如果涡轮的桨叶靠得很近，

5、那么废气就会沿着桨叶的拱形流动，那么实际上速度w2与u之间的角ß2就和涡轮桨叶出口末端的速度一样。用公式表示：c2=u*tanß2现在我们能够定义从c2到u的比率使用桨叶角ß2，同时w2到u也可以同样的表示出来，其中的任何一个值都是理论上可能的。结果是我们从中可以看出3实践中可能出现的范围。当然，我们必须确保这些所有的情况都是物体本身能够达到的。为了让你知道如何用理论解决实践中的问题，我们将要精确的评估FD3/64的推力。为了简化问题，我们将忽略喷口的影响。以下是已知的值：da=0.064mdi=0.042m结果dm=(0.064+o.o42)/2=0.053

6、m。正像已经在第而章中讨论过的哪样，镍铬合金钢（涡轮的基本材料）能承受的最大外围速度是umax=250m/s，和最高桨叶温度600℃，假如我们能够把涡轮盘的温度保持在极限之下。正如我们所了解的，这是可能的。我们已经定义的数据使我们能够确定最大旋转速度nmax：nmax=umax/(da*π)=250/(0.064*3.14)*1/snmax=1243m/s或接近75000转/分钟。为了将来的计算我们需要涡轮出口的三角关系和平均外围速度u。u=dm*π*nmaxu=0.053*3.14*1243m/s=207m/s目前我们还没有一个值来表示出口桨叶角ß2，它的角

7、度是37℃。这个临界值已经被理论和实践确定下来，并且以后将要详细论述。现在我们可以画出出口的三角关系。我们将假设一个直的（也就不是螺旋形）的气流。意思是：出口速度c2是垂直于u，因而平行于转动轴线。C2也能够简单的计算：c2=207m/s*tan37˙=156m/s显然出口的速度比任何螺旋桨模型高得多。因此我们有必要安装一个喷口来提高速度。靠这样稍微提高发动机的推力是可能的，以后的方法能提高得更多。正如预料到的，气体的温度是600℃=873K。我们也需要吸气质量m，也就是经过发动机的气流的质量。既然排放的气体要被解压到周围的空气中，它的密度就很容易计算了：ρN

8、ρ=ρN*273/837*kg/m3=