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CFM56-7燃烧室单元体实物造型开发.rar

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    编号:20181030002726382    类型:共享资源    大小:36.52MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    CFM56 燃烧室 单元 实物 造型 开发
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    本科毕业设计(论文)CFM56-7 涡扇发动机燃烧室单元体实物造型开发学生姓名: 赵梦 专 业: 飞行器动力工程 学 号: 120141636 指导教师: 张银波 所属学院: 航空工程学院 二〇一六年六月2中国民航大学本科毕业设计(论文)CFM56-7 涡扇发动机燃烧室单元体实物造型开发Development of Physical Modeling of CFM56-7 Combustion Chamber Unit 学生姓名:赵梦专 业:飞行器动力工程学 号:120141636指导教师:张银波学 院:航空工程学院2016 年 6 月3创见性声明本人声明:所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果,论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果,均加以特别标注并在此表示致谢。与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。毕业论文作者签名: 签字日期: 年 月 日本科毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计(论文)的规定。特授权中国民航大学可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计(论文)的复印件和磁盘。(保密的毕业论文在解密后适用本授权说明)毕业论文作者签名: 指导教师签名:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日中国民航大学本科毕业设计论文I摘 要本论文以 CFM56-7 涡扇发动机燃烧室为研究目标,主要研究其燃烧室的结构、尺寸、装配过程以及工作原理。因此查找了国内一线航空营运公司的生产资料(主要是 AMM 手册、IPC 手册)以及航空发动机基本结构、原理的相关教材,在充分了解 CFM56-7 燃烧室各零部件结构的前提下,设定合适的尺寸长度并利用 3D 绘图软件solidworks 绘制各个零部件的模型,然后进行虚拟装配。最后通过 3D 打印机按照一定比例以半剖的形式将各部件打印出来,并按照实际装配流程装配各个部件。关键词:赛峰 56-7 燃烧室;SolidWorks;实物造型; 3D 打印中国民航大学本科毕业设计论文IIAbstractIn this paper, the CFM56-7 turbofan engine combustion chamber is used as the research object. This paper mainly studies the combustion chamber structure, size, assembly process and working principle. I consult Aircraft Maintenance Manual and Illustrated Parts Catalog of the domestic first-line aviation companies, and I also look up aero engine basic structure, the principle of the related materials, in the full understanding of the cfm56-7 combustion chamber parts structure of the premise. Then the task is to set the appropriate size and use 3D Drawing Software Solidworks drawing model of all the parts and virtual assembly. Finally, the work is to print the parts in accordance with a certain proportion of the form of semi section through the 3D printer and assemble each component according to the actual assembly process.Key Words: CFM56-7’s combustion; SolidWorks; Entity modeling; 3D printer中国民航大学本科毕业设计论文III目 录第 1 章 绪论 .......................................................................................................................................11.1 论文的背景意义 .......................................................................................................................11.2 CFM56-7 发动机介绍 ............................................................................................11.3 SOLIDWORKS 的介绍 ...............................................................................................21.4 3D 打印机的介绍 ...................................................................................................2第 2 章 CFM56-7 燃烧室 ..................................................................................................................32.1 概述 .........................................................................................................................32.2 CFM56-7 燃烧室组成 ............................................................................................42.2.1 燃烧室外壁 ...................................................................................................42.2.2 火焰筒 ...........................................................................................................52.2.3 燃烧室内壁 ...................................................................................................52.2.4 旋流器 ...........................................................................................................6第 3 章 CFM56-7 发动机风扇单元体建模与模拟装配 ............................................................73.1 建模软件的学习和建模准备 .................................................................................73.2 燃烧室各组件建模 .................................................................................................73.2.1 确定建模使用的剖面图和建立坐标系 .......................................................73.2.2 火焰筒外壁建模 ...........................................................................................83.2.3 燃烧室右内壁建模 .....................................................................................123.2.4 燃烧室外壁与左内壁组合体建模 .............................................................133.2.5 火焰筒内壁建模 .........................................................................................183.2.6 燃烧室中旋流器建模 .................................................................................203.2.7 旋流器与火焰筒连接处建模 .....................................................................243.3 模拟装配 ...............................................................................................................25第 4 章 零部件的打印与装配 ......................................................................................................284.1 软件 MAKERBOT 的使用介绍 ...............................................................................284.2 火焰筒内壁的打印 ...............................................................................................314.3 燃烧室外壁和内壁前段的打印 ...........................................................................324.4 旋流器的打印 .......................................................................................................334.5 火焰筒外壁的打印 ...............................................................................................354.6 零件的装配 ...........................................................................................................36第 5 章 结论 .....................................................................................................................................40中国民航大学本科毕业设计论文IV参考文献 ..............................................................................................................................................41致 谢 ...................................................................................................................................................42附录:外文翻译资料 ........................................................................................................................43中国民航大学本科毕业设计论文1第 1 章 绪论1.1 论文的背景意义随着科技的进步,基于信息技术、精密机械以及材料科学的3D打印技术迅猛发展,在诸如工业制造、生物医疗、建筑工程等领域得到了广泛的应用;3D打印具有设备简便、生产技术简单、成型产品精度高等特点,自出现以后便得到了迅速的推广,以一种新的制造方式呈现在世人面前,并且越来越大众化;同时随着技术的提高,3D打印产品其精度、尺寸、模型等也得到了大幅度的提高。这些特点使得其在高精度、高安全性、高可靠性要求的航天航空领域开始出现。Solidworks是一款广泛应用于工业生产特别是机械设计的三维制图软件,相比于同类软件,例如CATIA、PRE,solidworks在实现相似功能时毫不逊色且其操作更为简单、页面设计更合理;在功能强大的同时solidworks 提供了各式各样的插件供用户选择,能够针对不同用户提供相应的制图功能。利用solidworks 功能强大且简单易学的特点,根据发动机结构与原理的相关知识绘制发动机零部件结构、装配体等有助于更深刻理解发动机各部分结构的相互关系,提高对发动机内部组成的认识。在中国民航领域,CFM56-7发动机应用十分广泛;通过了解其基本结构,使用solidworks制定一定尺寸绘制其各部分部件的模型并装配,然后运用 3D打印技术按照一定比例复制出具有高仿真效果的发动机模型,能够对燃烧室基本结构有非常直观的印象,深化对CFM56-7 发动机的认识。1.2 CFM56-7 发动机介绍目前国内CFM56-7发动机主要装备于波音737-600/-700/-800,是性能最好的发动机之一。CFM56-7是由CFM国际公司(CFMI)在CFM56-3发动机基础上研发的;CFM系列发动机是以美国F101 军用涡扇发动机的核心机为基础发展满足80年代飞机低油耗、低噪声、低污染要求的高涵道燃气涡轮发动机 【1】 。其主要发展历程包括CFM56-2、CFM56-3、CFM56-5A、CFM56-5B、CFM56-5C、CFM56-7B 等6个系列的发动机。CFM56-7开始发展于1993年,其燃烧室类型分为三类其一为单腔燃烧室(SAC),其二为双腔燃烧室(DAC),其三为双腔预混旋流(TAPS)燃烧室。此篇文章只介绍单腔燃烧室。燃烧室位于压气机和涡轮之间,其功用是使高压空气与燃油混合、燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气。燃烧室是发动机的重要部件之一,发动机的可靠性、经济性和寿命在很大程度上取决于燃烧室的可靠性和燃烧的有效程度。中国民航大学本科毕业设计论文21.3 solidworks 的介绍SolidWorks 是全球著名的达索系统(Dassault Systemes S.A)旗下的子公司。solidworks 软件是世界上第一款基于 Windows 系统开发的三维 CAD 软件,是一款主要用于机械设计软件的视窗产品。软件的组件繁多,具有简单易学、操作方便、技术创新三大特点,用户可以根据自己的实际需求在安装时选择所需要的组件和各种插件,这使得 SolidWorks 在各个相关领域占据了主导地位 【2】 。SolidWorks 软件具体功能包括 3D 实体建模、大型装配体设计、钣金设计、塑料与铸造零件设计等。根据客户的不同需求,软件能够提供各种不同的设计方案供客户选择,并能够优化设计思路,减少实际生产过程中的错误,提高产品质量。 除了功能强大,SolidWorks 操作十分简便,对每个使用软件的工程师和设计者来说,软件的操作越简单、方便,越容易学习,其可操作性也就越强,进行实际操作时也就越容易、越高效。进行产品设计时,SolidWorks 提供了从最基础的平面草图,到最新开发的 3D 实体建模、工程图等。在进行装配体装配时, SolidWorks 独有的拖拽功能使的用户在能够在比较短的时间内完成大型装配体的设计和装配。1.4 3D 打印机的介绍3D 打印机(3D Printers) ,即一种快速成形技术的机器,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术 【4】 。目前 3D 打印机主要有 3 大类:熔融沉积成型技术(FDM) 、光固化成型技术(SLA) 、选择性激光烧结技术成型( SLS) 。随着制造成本的降低和打印材料的多样化,3D 打印机正在逐步进入日常生活中。在本课题研究中使用的 3D 打印软件为 MakerbotReplicator2 。将 solidworks 建立的三维模型保存成 stl 或 obj 格式,导入到 MakerBot 软件并将三维模型转换为 MakerbotReplicator2 3D 打印机能够识别的代码,将代码通过 USB 接口或者 SD 卡发送给 3D 打印机,然后 3D 打印机通过加热 PLA(一种绿色环保可生物降解的塑料材料)按照代码预定的路径打印出产品。3D 打印的优势在 2011 年被充分应用于生物医药领域,利用 3D 打印进行生物组织直接打印的概念日益受到推崇。比较典型的包括 Open3DP 创新小组宣布 3D 打印在打印骨骼组织上的应用获得成功,利用 3D 打印技术制造人类骨骼组织的技术已经成熟;哈佛大学医学院的一个研究小组则成功研制了一款可以实现生物细胞打印的设备;另外,3D 打印人体器官的尝试也正在研究中。随着 3D 打印材料的多样化发展以及打印技术的革新, 3D 打印不仅在传统的制造行业体现出非凡的发展潜力,同时其魅力更延伸至食品制造、服装奢侈品、影视传媒以及教育等多个与人们生活息息相关的领域。中国民航大学本科毕业设计论文3第 2 章 CFM56-7 燃烧室2.1 概述燃气涡轮发动机的燃烧室有三种基本形式,它们分为分管燃烧室、联管燃烧室和环形燃烧室。CFM56-7 的燃烧室为环形燃烧室,如图 1 所示。环形燃烧室的结构特点是在燃烧室内、外壳体之间的环形腔内安装了一个共同的由火焰筒内外壁构成的环形燃烧区和掺混区,在火焰筒的头部装有一圈旋流器和喷油嘴。其燃烧室为短环形结构,组织燃烧采用离心喷嘴加双级旋流器燃油雾化系统,确保了燃油良好的雾化和组织燃烧的稳定性。图 1 CFM56-7 环形燃烧室本文从航空发动机燃烧室发展趋势来看,从上世纪五十年代之前的发动机大多是单管型燃烧室,到六十年代是环管型燃烧室,七十年代基本上是环形燃烧室,从九十年代开始,则主要是短环形燃烧室。短环型燃烧室的主要优点为重量轻、尺寸小、布局结构紧凑,空间利用率大,与轴流式压气机组合起来使用,可获得比较均匀的出口温度分布以及最小的压力损失;它的燃烧过程在同一个火焰筒环腔里进行,不需要联焰管;而且,当容积相同时环形火焰筒的表面积也最小,所需冷却空气量则最小,所以现代航空发动机燃烧室大基本都采用环形燃烧室。随着航空发动机飞速发展,燃烧室进口压力和温度不断提高;进口压力从原来的低压(1MPa 以下)到现在的高压(4MPa) ,进口温度从 500K 上升到 900K,出口平均温度也由 1150K 上升到现在的 1970K;因此对燃烧室的冷却及出口温度分布质量问题较为重要。为了达到高推重比的要求,希望燃烧室可以缩短长度,同时,还需要增加温升、延长使用寿命和降低污染物的排放。在燃烧室相互矛盾的设计中本文要求之间寻找一个。
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