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研究生: 李曜丞
Li, Yau-Cheng
論文名稱: 一具微型渦輪發動機設計上的探討
The Design and Discussion of a Micro Gas Turbine Engine
指導教授: 陳世雄
Chen, Shih-Hsiung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 英文
論文頁數: 95
中文關鍵詞: 微型渦輪發動機
外文關鍵詞: micro gas turbine
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  • 小型渦輪發動機除了可應用在無人駕駛飛機(UAV)的推進,亦可作為發電的用途,有可觀的發展空間。唯目前除了麻省理工學院以MEMS的技術製作的微型發動機外,一磅以下推力等級的微型渦輪發動機仍缺乏研究與實體產品。本研究嘗試以小型渦輪發動機的設計方法與理論基礎以及傳統的精密加工方式製作一個約拇指般大小的微型渦輪發動機。此微型渦輪發動機總尺寸為4.76cm長,2.40cm直徑,轉速300000rpm,設計推力等級為100公克。一個以量測其基本特性參數的小型測試台在本研究中也建立起來,未來希望藉由量測的結果探討設計的準確度,作為未來發展與研究的參考。

    The micro gas turbine engine has a good potential for UAV propulsion and power generation applications. Whereas the turbine engine with thrust level below 1 lbf is non-exist, except the MIT micro turbine made by MEMS technology. The objective of the present study is trying to design a 100g thrust level micro turbine engine. The approach of the design is similar to that used in 10 lbf thrust level micro turbine engines. The basic requirement is that the engine components can be made by traditional precision machining methods. The designed micro turbine engine has a overall dimension of 4.76 cm in length, and 2.40 cm in diameter. The thrust is 100 g at 300000 rpm. A test bed to measure basic performance parameters is built to verify the design for future design improvement.

    目錄 中文摘要…………………………………………………………………I 英文摘要……………………………………………………………… II 致謝……………………………………………………………………III 目錄………………………………………………………………… VII 圖目錄……………………………………………………………… IV 符號說明…………………………………………………………… XII 第一章 緒論……………………………………………………………1 1-1前言……………………………………………………1 1-2微型發動機的分類與研究概況………………………2 1-3 研究動機……………………………………………3 1-4內容概要………………………………………………4 第二章 渦輪發動機原理與設計流程…………………………… 5 2-1渦輪發動機原理原理……………………………… 6 2-2發動機設計………………………………………… 9 2-2-1設計基本要求…………………………………… 9 2-2-2性能設定………………………………………… 9 2-2-3設計點計算………………………………………12 2-2-4各部分元件設計…………………………………16 第三章 實驗方法與實驗設備………………………………… 24 3-1渦輪發動機製作…………………………………… 24 3-2發動機性能測試設備……………………………… 28 3-3實驗步驟…………………………………………… 31 第四章結果與討論………………………………………………32 4-1燃燒………………………………………………… 32 4-2摩擦力……………………………………………… 33 4-3經驗值有待修正…………………………………… 34 第五章結論……………………………………………………………35 5-1結論………………………………………………… 35 5-2未來工作…………………………………………… 35 參考文獻……………………………………………………………… 37 附錄…………………………………………………………………… 92 圖目錄 圖1-1 各種微型渦輪發動機推力分布圖………………………40 圖1-2 工研院的P-60M-DOT…………………………………… 41 圖1-3 Microturbojet Engine的外觀…………………………42 圖1-4 M-DOT Microturbojet Engine 的離心式壓縮機………43 圖1-5 M-DOT Microturbojet Engine 的剖視圖………………44 圖1-6 MIT的超微型渦輪立體剖面圖………………………… 45 圖1-7 MIT的超微型渦輪剖面圖……………………………… 46 圖2-1 微型發動機各部分元件代號圖………………………… 47 圖2-2 微型渦輪發動機T-P圖………………………………… 48 圖3-1 發動機元件分解圖……………………………………… 49 圖3-2 前外罩…………………………………………………… 50 圖3-3 壓縮機與軸正視圖……………………………………… 51 圖3-4 壓縮機與軸側視圖……………………………………… 52 圖3-5 擴壓葉片與支架前段正視圖…………………………… 53 圖3-6 燃燒室內筒側視圖……………………………………… 54 圖3-7 燃燒室內筒正視圖……………………………………… 56 圖3-8 燃燒室外筒……………………………………………… 57 圖3-9 渦輪入口導葉片………………………………………… 58 圖3-10 渦輪……………………………………………………… 59 圖3-11 實驗型前外罩…………………………………………… 60 圖3-12 實驗型後外罩…………………………………………… 61 圖3-13 實驗型發動機側視圖…………………………………… 62 圖3-14 實驗型發動機前視圖…………………………………… 63 圖3-15 發動機組合圖…………………………………………… 64 圖3-16 發動機組合後視圖……………………………………… 65 圖3-17 性能測試管線配置圖…………………………………… 66 圖3-18 推力測試台滑道正視圖………………………………… 67 圖3-19 推力測試台滑道側視圖………………………………… 68 圖3-20 點火器…………………………………………………… 69 圖3-21 點火設備裝置圖………………………………………… 70 圖3-22 以燃料管當作放電電極………………………………… 71 圖3-23 電極裝配方式…………………………………………… 72 圖3-24 電弧測試………………………………………………… 73 圖3-25 燃氣接頭裝配圖………………………………………… 74 圖3-26 燃料管裝配方式………………………………………… 75 圖3-27 推力量測示意圖………………………………………… 76 圖3-28 推力量測設備…………………………………………… 77 圖3-29 K-type溫度計露點 ………… ………………………… 78 圖3-30 溫度計裝配……………………………………………… 79 圖3-31 溫度與壓力量測儀器配置圖…………………………… 80

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    下載圖示 校內:2004-09-12公開
    校外:2004-09-12公開
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