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共 3 筆
------------------------------------------------------------------------ 第 1 筆 ---------------------------------------------------------------------
系統識別號 U0026-0812200910460844
論文名稱(中文) 一具微型渦輪發動機設計上的探討
論文名稱(英文) The Design and Discussion of a Micro Gas Turbine Engine
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 91
學期 2
出版年 92
研究生(中文) 李曜丞
學號 p4690434
學位類別 碩士
語文別 英文
口試日期 2003-07-29
論文頁數 95頁
口試委員 口試委員-鄭敦仁
指導教授-陳世雄
口試委員-賴維祥
關鍵字(中) 微型渦輪發動機
關鍵字(英) micro gas turbine
學科別分類
中文摘要 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。
英文摘要 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.
論文目次 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
參考文獻 [1] Zurita-Ugalde, V., Gomez-Mancilla, J. C., and Garcia-Cristiano, F., “A
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學系碩士論文, 1996.
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畫成果報告, 2002.NSC90-2212-E-007-100, 2001。

------------------------------------------------------------------------ 第 2 筆 ---------------------------------------------------------------------
系統識別號 U0026-0812200915263242
論文名稱(中文) 八十磅級微型渦輪引擎性能分析及測試研究
論文名稱(英文) Performance Analysis and Test Verification of a Eighty-Pound Grade Micro Gas Turbine Engine
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 高嘉臨
學號 p4696406
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-06-24
論文頁數 84頁
口試委員 口試委員-洪嘉宏
指導教授-賴維祥
口試委員-王覺寬
口試委員-郭正山
關鍵字(中) 燃燒室
渦輪轉子
壓縮器
微型渦輪引擎
馬赫數
關鍵字(英) Micro gas turbine engine
Mach number
Turbine
Combuster
Compressor
學科別分類
中文摘要 本研究利用熱力學及空氣動力學的理論公式,以似一維流場方法來分析一具推力H-80八十磅級微型渦輪引擎性能,並詳細探討其理論分析方法與站位計算流程,並以八十磅微型渦輪引擎實體測試數據,驗證性能分析之有效性。引擎全程控制由電子控制單元(ECU)操作,透過ECU數據顯示器,控制不同轉速,並分別量測引擎基本性能參數,如引擎推力(lb)、壓縮比、油耗、燃燒室溫度T4、排氣溫度EGT(℃)、尾管壓力等。在引擎分析方面,首先分析渦輪引擎在設計點轉速及離點轉速下的對應空氣質流量、各站位組件的工作參數及流道數據,進一步計算各站位的流體工作馬赫數,並求得各站位的流體熱力性質。在引擎量測方面,根據分析計算的站位結果比照實體站位所量測的數據,驗證引擎理論分析架構及各站位估計的組件工作效率。八十磅級微型渦輪引擎量測實驗證明,推力在93000rpm設計點下可達80磅足推力,壓縮比為3.49,壓縮器及渦輪的效率分別是67%跟80%,燃燒室的壓力降在設計點為2.3%,TSFC值為1.5。
英文摘要 The purpose of this research is to analyze the performance of an eighty-pound micro gas turbine engine. With FADEC electrical control, it shows the basic engine test data, such as thrust, exhaust temperature and rpm were examined also. The turbine engine type is H-80. With quasi-one-dimensional, aerothermodynamics theory analysis, the station Mach number of turbine engine can be calculated. The experiment of this research is to measure the engine mass flow, station fluid property, combustion T4, engine fuel consumption at design point and off-design point. According to the measurement, verify the theoretical property of each station, Mach number and turbine engine efficiency. The engine design point is 93000rpm ,thrust 81.42lb ,compressor pressure ratio 3.49 ,efficiency 67% ,combustor pressure drop 2.3% , turbine efficiency 80% and TSFC 1.5.
論文目次 目 錄
中文摘要 …………………………………………………………………...I
英文摘要 …...........................................…………………………………..II
誌謝 ....................................................................................................III
目錄 ...................................................................................................IV
表目錄 ..................................................................................................VII
圖目錄 .................................................................................................VIII
符號 ………………………………………………………………..XII

第一章 緒 論 2
1.1 前言 2
1.2 微型渦輪引擎發展回顧 3
1.3 研究動機與目的 6
第二章 理論分析與計算方法 8
2.1 微型渦輪引擎設計規格 8
2.2 微型渦輪引擎理想循環(Brayton Cycle) 9
2.3 各站位氣動力分析 10
2.3.1 微型渦輪引擎轉子核對 10
2.3.2 壓縮器進出入口特性分析 11
2.3.3 擴散器特性分析 14
2.3.4 燃燒室的特性分析 15
2.3.5 渦輪段特性分析 16
2.3.6 尾管噴嘴特性分析 19
2.4 離點引擎性能分析 20
2.4.1 離點理論計算參數輸入 20
2.4.2 離心式壓縮器特性圖 21
2.4.3 渦輪轉子特性圖 22
2.4.4 離點引擎性能分析結果 22
第三章 實驗儀器設備 23
3.1 試車台(Test Stand) 23
3.2 電子控制單元(Electronic Control Unit) 23
3.3 起動馬達 24
3.4 點火系統 25
3.5 煤油啟動模組 25
3.6 主燃油幫浦 26
3.7 推力量測系統 27
3.8 轉速量測系統 27
3.9 溫度量測系統 28
3.10 壓力量測系統 28
第四章 引擎試車安全性步驟 29
4.1 微型渦輪引擎測試安全檢查程序 29
4.2 引擎故障排除 32
第五章 實驗方法與測試結果 34
5.1 渦輪引擎站位量測點設置 34
5.2 H-80實體運轉測試 34
5.3 實體站位溫度量測結果 35
5.4 實體站位壓力量測結果 36
5.5 渦輪引擎性能實體分析結果與討論 36
第六章 結論與未來工作 40
6.1 結論 40
6.2 未來工作 41
參考文獻 【1】 Batt, G., “Jet Flight Triumph,” Radio Control Modeler , pp. 148-150, September 1983.
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------------------------------------------------------------------------ 第 3 筆 ---------------------------------------------------------------------
系統識別號 U0026-2508201004284400
論文名稱(中文) 直接噴油啟動之微型渦輪引擎研究
論文名稱(英文) Study on Direct Fuel Injection Starting of Micro Gas Turbine Engine
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 黃澤民
學號 p4697117
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-05
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-賴維祥
口試委員-王覺寬
口試委員-江滄柳
關鍵字(中) 微型渦輪引擎
點火
液態點火
霧化器
火星塞
關鍵字(英) Micro gas turbine
Ignition Fuel start
Atomizer
Glow plug
學科別分類
中文摘要 本研究之目的是探討一具微型渦輪引擎以直接噴油啟動方式作為點火機制。微型渦輪引擎啟動點火主要分為兩種,氣態燃料和液態燃料作為點火方式的來源,其中氣態燃料主要是使用天然氣,然而液態燃料吾人則使用航空煤油JP-8。研究中發現若以氣態啟動方式,其優點是氣態分子碰撞快速且易擴散至整個燃燒室,使用天然氣點火成功率相當地高,然而現今航空器或飛行載具對於整體空間運用及可靠性相當講究,故使用煤油霧化點火方式可省去裝置天然氣氣瓶的使用空間,點火方面也可重複點火以降低啟動失敗的風險。但液態點火方式霧化器與火星塞的相對位置也比氣態點火重要許多,吾人對霧化器錐角、霧化粒徑、霧化器位置以及預熱絲在燃燒室所放置在不同位置的實驗,嘗試探討出最佳啟動點火的範圍。從實驗中發現,60度錐角的霧化器與80度錐角的霧化器,在不同情況下,點火成功率的趨勢都是類似的,只有在較淺的深度,因60度錐角的霧化器無法涵蓋到較大的範圍,故在霧化器與預熱絲的夾角過大時,60度錐角的霧化器比80度錐角的霧化器點火成功率相較之下會比較低,研究中發現霧化器所噴出來的霧化夾角,與霧化器與火星塞的相對夾角對於點火試驗的成功率有顯著的影響。希望藉由本次點火試驗的研究結果,作為未來發展與研究的參考。
英文摘要 The goal of this study is to investigate how the gas turbine ignites by direct injection. Two fuel types were applied on conventional micro gas turbine. In this study, natural gas is adopted for gas-fuel ignition, while JP8 is applied for liquid-fuel. If the gas turbine is ignited with gas, the possibility for operation is high and the collision diffusion is fast. The gas molecules easily fill the whole combustion chamber. However, aircrafts or flight vehicles nowadays use kerosene and achieved optimal special arrangement. The diameter of atomized kerosene droplet, the cone angle of spray, the flow rate and operation pressure variation versus the percentage of successful ignition. Analysis of the influence of the relative position of the atomizer to the glow plug also performed to find out the optimal operation range for ignition. Along the observation, the results are similar in different ignition parameters, when 60° and 80° atomizer is individually applied. When the glow plug moved closer to the atomizer, the coverage of is apparently smaller than. It is concluded that the possibility of successful ignition will decrease in 60° atomizer when the angle is large between the atomizer and glow plug. It will also be affected by the angle of the atomizer and the relative position of the atomizer and the glow plug.
論文目次 第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 微型渦輪引擎發展 3
1.3 研究動機與目標 12
第二章 理論分析與實驗設備儀器 13
2.1 霧化理論分析 13
2.1.1 噴霧粒徑 14
2.2 渦輪引擎理論分析 15
2.2.1 燃料與空氣比率 16
2.2.2 點火過程理論 18
2.3 實驗設備 19
2.3.1 雷射粒徑繞射分析儀-Insitec:EPCS 19
2.3.2 點火系統 23
2.3.3 啟動點火幫浦 24
2.3.4 啟動霧化器 25
2.3.5 燃油 27
第三章 液態點火之探討 29
3.1 實驗架構 30
3.2 實驗參數 35
3.2.1 80度錐角霧化器 39
3.2.2 60度錐角霧化器 50
第四章 結論與未來工作 61
4.1 結論 61
4.2 未來工作 63
參考文獻 64
自述 66
參考文獻 【1】“Miniature Air-Launched Decoy (MALD),” http://www.fas.org/mad/dod-101/sys/ac/equip/mald.htm.
【2】“SWB Turbines,” http://www.swbturbines.com/Default.htm
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【9】Epstein, Dr. Alan H., “Millimeter-Scale, MEMS Gas Turbine Engines,” ASME Turbo Expo 2003, 16-19 June 2003.
【10】Benini, Ernesto and Giacometti, Stefano, “Design Manufacturing and Operation of a Small Turbojet-Engine for Research Purposes,” Applied Energy, Vol.84, pp.1102-1116, November 2007.
【11】賴維祥, “貧油預混燃燒室研發、整合與測試期中報告,” 國立成功
大學, 2002.
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http://www.ikeuchi.com.tw
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Winter99’issue, 1999.
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【17】Warnatz, J., Mass, U., Dibble, R.W., “Combustion,” Springer, 1999.
【18】Lefebver, Arthur H. Atomization and Sprays, Hemisphere Publishing Corporation, 1989.
【19】高嘉臨, “八十磅級微型渦輪引擎性能分析及測試研究,” 國立成功大學航空太空工程所碩士論文, 2009年6月。
【20】李彥慶, “微型渦輪引擎環狀燃燒室設計與實驗驗證之研究,” 國立成功大學航空太空工程所碩士論文, 2003年6月。
【21】蔡明達, “微型渦輪噴射引擎燃燒室組件測試及診斷研究,” 國立成功大學航空太空工程所碩士論文, 1998年6月。
【22】盧衍良, “燃氣渦輪引擎燃燒室進氣孔之進氣特性研究,” 國立成功大學航空太空工程所碩士論文, 1999年6月。

 


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