航空燃气涡轮发动机被誉为航空工业皇冠上的明珠,随着新材料、新工艺、新技术在发动机部件的成功应用,飞机推进系统性能不断提高,尤其是小涵道比加力式混合排气涡扇发动机的研制成功极大地改善了飞机推进性能。民航客机为追求经济性,主要使用大涵道比燃气涡轮风扇发动机,而战机为提高战术性能,多采用小涵道比加力式混合排气涡轮风扇发动机,而航空发动机控制是协调性能与安全的关系。鉴于航空发动机复杂的结构和教学的需要,我们使用SolidWorks软件进行三维曲面建模设计出小涵道比涡轮风扇发动机三维模型,将各个零件转化为STL格式后用切片软件Cura处理后进行3D打印,最后组装调试得到该教学模型。该小涵道比涡扇发动机教学模型面向教学,面向装备,更加具有针对性,同时在内外涵混合器和尾喷管设计方面针对现有装备进行了创新设计,兼具实用性和创新性,很好的满足了随堂教学需求。
传统的飞机推进控制系统有燃油流量控制系统和几何通道控制系统两种,我们在设计中通过改变电机电流大小调节输入功率从而模拟燃油流量控制,通过舵机调节进口导流叶片角度和喷口截面面积来进行几何通道控制。也可以通过两种控制方式配合进行复合控制,模拟发动机在宽广的飞行包线内发挥其最佳性能。该设计具有良好的结构性能,工作可靠,直观形象,具有良好的教学效果。
通过遥控操纵杆模拟实际发动机根据油门杆位置变化控制燃油/加力燃油供油量和喷口截面积,以保证接通加力时保持给定的涡轮落压比不变,保证发动机系统的稳定工作并发挥其最佳性能。
混合器是使内、外涵总温、总压、速度不同的气流以最小的流动损失进行有效掺混的部件。为此设计出波瓣混合器,不但可以增大接触面积改善气流混合品质,并且可以使外涵道空气以一定角度流出进行有效掺混。
加力燃烧室部分设计出环形扩压器、预燃室、火焰稳定器和加力燃烧室壳体,用无刷电机驱动螺旋桨模拟加力。
在尾喷管实际中融入发动机发展新技术,采用矢量控制尾喷管,用舵机有效控制发动机推力矢量,从而模拟垂直/短距起降和高机动性对发动机的要求。