航空发动机教学模型是一款适用于航空类院校专业课程的教学用具。目前,航空发动机的教学模型主要由向专门厂商定制和切割退役发动机两种途径得到,其体积庞大、功能受限,而且仅能在特定场所进行模拟演示,难以进行随堂教学。但伴随着3D打印技术的成熟及广泛应用,基于提高教学质量,增加课堂授课的生动性、直观性,我们利用3D打印技术设计制造了具有仿真度高、通用性强、使用方便等特点的大涵道比的涡轮风扇发动机教学模型。
该教学模型由风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、低压涡轮和高压涡轮六部分组成。以两个输出功率相同但转速不同的直流电机作为原动力,实现高低压两级转子轴的不同转速。 该模型能够生动地反映大涵道比的涡轮风扇发动机内部构造和工作原理,模拟此类发动机的运动情况。
该模型由两个转速不同的直流电机作为原动力,分别驱动风扇、高、低压两级转子轴和高、低压两级涡轮转动,高、低压两级转子轴和高、低压两级涡轮套合在直流电机传动轴上,间隙配合。其中,驱动高压转子轴的直流电机位于燃烧室;驱动低压转子轴的直流电机位于排气锥支撑叶片的中心轴线处。当两个电机工作时带动高、低压两级转子轴和高、低压两级涡轮转动,从而模拟了发动机的工作情况。
总结整个设计制造过程,此大涵道比的涡轮风扇发动机教学模型在设计中主要有以下创新点:
1) 利用涡轮风扇发动机的共同结构特点实现各部件的配合工作,从而演示真实发动机的构造及工作情况。
2) 通过电机控制各部件的运动,模拟实际发动机在空间中的运动情况,使模型紧跟航空推进技术发展前沿。
3) 对真实发动机进行合理抽象简化,通过模拟发动机的工作过程反映各类航空发动机的基本工作原理。
本模型设计方案基于由抽象简化的模型逼真反映航空发动机共性结构及工作原理的思路,结构简单可靠、性能稳定、操作简单方便,克服了目前市场上航空发动机模型在获得、使用过程中的诸多不便,具有便于制作、便于搬运、通用性强、性价比高等优点。