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系統識別號 U0026-0812200914121461
論文名稱(中文) 二十公斤級微型渦輪引擎設計及測試研究
論文名稱(英文) Design and Testing of a Twenty-Kilogram Grade Micro Gas Turbine Engine
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生(中文) 賴修成
研究生(英文) Hsiu-cheng Lai
電子信箱 p4795103@mail.ncku.edu.tw
學號 p4795103
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 112頁
口試委員 指導教授-賴維祥
口試委員-江滄柳
口試委員-洪嘉宏
口試委員-尤芳忞
中文關鍵字 環型燃燒室  渦輪  擴散器  壓縮器  微型渦輪引擎 
英文關鍵字 Miniature turbine engine  Compressor  diffuser  annular combustion chamber  turbine 
學科別分類
中文摘要 本研究目的在發展一具推力二十公斤級微型渦輪引擎,並詳細探討其設計方法與流程,以及使用電子控制單元(ECU),提供引擎動態測試,量測引擎基本物理量,如引擎推力(kg)、排氣溫度EGT(℃)、轉子轉速(RPM)。在微型渦輪引擎設計方面,首先分析微型渦輪引擎在最大設計轉速負載下引擎各站位的熱氣動力參數,再依照所求得的參數,設計出各組件的幾何形狀,然後再進行加工,並設計測試台,提供引擎動態測試,依據每次動態測試結果,進行故障排除及組件修改。吾人將選用喬晟公司的TD08渦輪增壓器之轉動軸件來搭配設計出進氣道、擴散器、環形燃燒室、渦輪噴嘴、軸承潤滑系統、燃油系統、收斂式尾管等。
本研究成功設計出二十公斤級微型渦輪引擎原型,並經由實驗點火成功及起動至慢車轉速35,000 RPM時間約1分鐘,推力3.1磅;動態瞬間轉速到達52,600RPM,推力9.2磅。是一具結構簡單、零件少、低成本的單軸微型渦輪引擎。
英文摘要 The purpose of this research is to develop a miniature gas turbine engine with thrust of 20 kilogram. With electrical control, it shows. The basic data of the micro gas turbine engine, such as thrust, exhaust temperature and RPM were examined also. The geometric scale of the engine components are based on the flow path analysis. The major parts of this engine are based on the component from the turbocharger TD-08 of a car. The design of inlet, diffuser and combustor, turbine nozzle, bearing lubrication system, fuel supply system and convergent nozzle are chosen according to the size of turbocharger. The length of the turbine axis is increased to ensure a higher efficient of the combustor.
This research succeeds in designing the engine prototype of 20 kilograms of miniature gas turbines, and it starts up to the idle rotational speed 35,000 RPM for about 1 minute and 3.1 pounds of thrust during the experiment. The maximum rotational speed reaches 52,600RPM with 9.2 pounds of thrust. This engine is aimed to be a simple structure, easy assembly and a low cost miniature gas turbine engine.
論文目次 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 17
1.1 前言 17
1.2 文獻回顧 18
第二章 理論分析與設計方法 21
2.1 微型渦輪引擎設計規格 21
2.2 微型渦輪引擎理想循環(Brayton Cycle) 22
2.3 各站位氣動力分析 23
2.3.1 壓縮器進出口特性分析 24
2.3.2 擴散器特性分析 29
2.3.3 燃燒室的特性分析 31
2.3.4 渦輪段特性分析 32
2.3.5 排氣噴嘴特性分析 35
2.4 各組件設計 36
2.4.1 進氣道與壓縮器機匣 36
2.4.2 壓縮器 37
2.4.3 擴散器 38
2.4.4 環型燃燒室 39
2.4.5 渦輪段 41
2.4.6 排氣尾管 42
2.4.7 燃油系設計 44
2.4.8 潤滑系統設計 45
2.4.9 軸承系設計 45
第三章 實驗儀器設備 47
3.1 測試台(Test Stand) 47
3.2 電子控制單元(Electronic Control Unit) 47
3.3 起動馬達 48
3.4 點火系統 48
3.5 推力量測系統 49
3.6 轉速量測系統 50
3.7 溫度量測系統 50
3.8 遙控器ECU專用充電電池 51
第四章 實驗方法 52
4.1 微型渦輪引擎測試 52
4.1.1 引擎測試程序 52
4.2 引擎故障排除【16】 54
第五章 實驗結果與討論 57
5.1 第一次點火實驗 57
5.2 第二次點火實驗 58
5.3 第三次點火實驗 59
第六章 結 論 60
第七章 參考文獻 63
自述 112
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