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1、摘摘 要要离心通风器作为航空发动机的一个完整的独立附件，其性能好坏影响着发动机 的正常工作。本文采用当今世界 CAD 的优秀代表 Pro/Engineer 软件作为支撑软件， 采用 Windows XP 作为操作系统，以目前广泛流行的 Microsoft Visual C+6.0 作为 设计计算程序的开发工具，通过对离心通风器的设计计算的推导，得出可以用于离 心通风器的计算公式，并且将设计的全过程程序化；综合考虑离心通风器各个部件 的结构和功能确定出各自的参数化设计的主参数；通过 Pro/Engineer 软件的强大的 参数化设计功能，实现了零件的参数化设计；运用 Pro/Engineer 软
2、件的二次开发模 块，实现离心通风器的计算机辅助参数化设计功能，建立了离心通风器的参数化设 计系统。关键词关键词：离心通风器；参数化设计；Pro/Engineer 二次开发AbstractAbstractCentrifugal Ventilator as an aviation engine a complete independent Annex, the performance is good or bad impact on the normal operation of the engine. System is an excellent representative of the wo
3、rld CAD Pro/Engineer software as support software, using Windows XP as the operating system to the widely popular Microsoft Visual C+6.0 as development tools design and calculation programs. First, the limited availability of data for detailed study, summarized step by step, the final form of the co
4、nventional design Centrifugal Ventilator general steps: centrifugal ventilator through the design and calculation of derivation, can be used for centrifugal ventilator formula, and the whole process of the design procedures; comprehensive consideration of the various components of centrifugal ventil
5、ator determine their structure and function of the parameters of the main design parameters; by Pro/ Engineer software, a powerful parametric design capabilities, to achieve the part parametric design; the use of Pro/Engineer software, the secondary development of modules to achieve centrifugal vent
6、ilator parametric computer aided design capabilities, establish the parameters of the centrifugal design of ventilation systems.Key words:Centrifugal ventilators;Parametric design; Pro/Engineer secondary development一一 前言前言航空发动机是知识密集、技术密集、资金密集的产品，其研制属于技术高、风 险大、周期长和投资多的工程。航空发动机的发展虽然已各大部件的技术进步为代 表，但也要求
7、传动与润滑技术与之相适应。先进发动机高的涡轮进口温度，高的主 轴转速及严格的空间限制，要求传动及润滑系统在高温、高速、高负荷、轻质量、 激烈的状态变化、紧凑的空间限制、长寿命和高可靠性下发挥其功能。传动及润滑 系统给发动机设计与研制带来了大量不同于一般的机械的技术难题，是影响发动机 可靠性、安全性、寿命和效率的重要研究领域，也是制约发动机发展的关键技术。 我国航空发动机的机械传动及润滑系统的研制还处于低水平状态，但已经从仿 制走向了自行研制的道路，随着各个型号发动机的研制的需求和预先研究有了较大 的发展。沈阳发动机设计研究所是我国成立最早的航空发动机研究单位之一。在 2002 年 7 月由该所
8、总设计的昆仑发动机，被国家军工产品定型委员会正式批准设计 定型，是我国第一台拥有自主知识产权的军用发动机。它的研制成功使我国成为继 美、俄、英、法之后世界上第五个能够独立研制航空发动机的国家，标志着我国航 空发动机从只能测绘仿制、改进改型跨入了自行研制的新阶段。 我国的航空发动机行业一直以仿制和改进外国的发动机为主，虽然也曾经自行 研制过几种发动机，但都因种种原因中途夭折。由于实践范围不广，技术水平也不 高，与航空技术先进的国家相比还有很大的差距。在二十一世纪初，我国自行设计、 试制、试验、试飞全过程的昆仑发动机已达到航空技术先进国家的二十一世纪九十 年代中期的水平，是目前国内最先进的中等推力
9、级的军用涡喷发动机，我国自此也 成为能够真正独立研制发动机的国家之一。 目前，世界上真正能够独立研制航空发动机的国家只有中国、美国、俄罗斯、 法国和英国。而美国的惠普发动机公司、俄罗斯的米格集团公司及英国罗-罗航空发 动机公司等各大航空发动机公司研制单位均有了自己专用航空发动机润滑油系统通 风器的 CDA 软件，但这些软件都作为公司的机密对外保密。国内却未见有人进行对 这方面的研究工作，以往所做的工作主要集中在仿制、该型和维护等方面。二二 参数化设计简介参数化设计简介2.12.1 参数化设计的提出与现状参数化设计的提出与现状当今各个公司都面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的挑战，他
10、们围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。参数化技术是 CAD 技术在实际应用 中提出的课题。现在参数化设计已经成为 CAD 技术应用领域的一个重要研究方向。 利用参数化设计开发专用产品设计系统可使设计人员从大量烦琐的绘图工作中解脱 出来，大大提高了设计速度，并减少了信息的存储量。自美国的 PTC 公司于 1983 年 推出参数化系统 Pro/Engineer 以来，全球多数 CAD 软件公司均在自己产品中实现了 参数化设计功能，以图在激烈的竞争中取得优势。具有代表性的产品有 Pro/Engineer、UG、CATIA 及 Solidworks 等，可以根据实际情况进行选用。2.22.2 参数
11、化设计的特点参数化设计的特点参数化设计是由编程者预先设置一些几何图形约束，供设计者在建模时使用。 与一个几何图形相关联的所有尺寸参数可以用来产生其它几何图形。参数化设计的 主要技术特点有： （1）基于特征。将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺 寸存为可调用参数，进而形成实体，以次为基础进行更为复杂的几何模型的构造。 （2）全尺寸约束。将形状和尺寸联系起来考虑，通过尺寸约束来实现对几何形 状的控制。建模时必须以完整的尺寸参数为出发点，不能漏注尺寸，也不能多注尺 寸。 （3）尺寸驱动设计。通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。 （4）全数据相关。尺寸参数的修改将导致其他相关模块中
12、的相关尺寸得以全盘 更新。2.32.3 课题研究的主要内容课题研究的主要内容以航空发动机离心通风器和油气分离器设计规范为基础，研究、归纳、整理通 风器的设计、计算，实现其设计计算的程序化，借助 VC+的强大开发功能和优秀的 Pro/Engineer 软件完成专用于航空发动机润滑油系统通风器设计的参数化 CAD 系统。 具体地包括： 完成离心通风器的设计、计算归纳、总结，形成一套较为完整的设计体系，并 将其程序化； 完成基于 Pro/Engineer 的离心通风器三维模型建立及参数化设计； 通过对 Pro/Engineer 的二次开发，实现软件的本地化、客户化； 利用 AutoCAD 完成离心通
13、风器的零件工程图及装配图。三三 离心通风器的常规设计离心通风器的常规设计3.13.1 航空发动机润滑油系统通风简介航空发动机润滑油系统通风简介航空发动机的主轴密封系统是靠一定的压力进行密封。在发动机工作过程中， 密封空气返回通过密封装置进入润滑油系统轴承腔，在轴承腔中空气与润滑油参混 在一起形成油雾，如果让油雾直接排出轴承腔将要造成润滑油的大量消耗。为此， 在轴承腔与外界的通气路上设置了一通风器，把空气中润滑油分离出来，以减少润 滑油的消耗量。发动机润滑油油腔是用密封装置与空气及燃料腔分离开，由于密封 装置的漏气，润滑油的挥发，空气被飞溅的润滑油及环境加热，都可能提高润滑油 的压力为防止这一点
14、，就需要通风。设计通风系统时要考虑以下几点： （1）保持腔压低于密封增压空气压力，特别注意过度态，以保持润滑油密封增 压空气的流动任何时候都不反向； （2）保持腔压不低于润滑油泵最小进口压力； （3）为减少润滑油消耗，通风流量要设计尽量小些并经过离心通风器至机外；（4）如果通风口位于热端油腔出口，在系统分析时候要考虑是否需要加着火消 除器。 通风的方法往往与密封装置结构和密封增压系统有关，可由多种方法实现。3.23.2 航空发动机通风器的基本设计要求航空发动机通风器的基本设计要求航空发动机的附件有很多，在进行发动机设计中对其附件的设计提出了一些基 本要求，既工作可靠性要高（附件的寿命影响发动机
15、本身的寿命） ，附件的可靠性能 延长发动机的使用寿命，重量和外形尺寸要小。为此结构要紧凑，采用轻合金、合 成材料和塑料，以及高转速。有结合连接处要密封（液压附件的密封是其可靠性的 保证） ，易于在发动机上固定和与传动装置连接，易于在发动机上调整和进行定期工 作。离心通风器作为航空发动机润滑油系统的一个独立的完善附件也必须满足上述 各项设计要求。3.33.3 离心通风器的工作原理离心通风器的工作原理离心通风器是利用离心力平衡原理进行油气中液相油珠分离的。在工作时候， 空气夹杂着润滑油小油珠进入离心通风器。由于转子的高速旋转使得空气与小油珠 受到一个向外的径向力，由于润滑油密度比空气密度大，所以作
16、用在小油珠上的离 心力比作用在空气上的离心力大，这样润滑油小油珠就被甩到壳体内壁上，并在动 压作用下通过壁上的小孔流回传动腔。分离后的空气在压差的作用下通过轴上的通 气路排除，实现了轴承腔与外界大气的通风。这样不但有效地实现了发动机主轴密 封系统的封严，也确保了避免润滑油的大量流失。采用离心通风器的发动机型号有 WP7、P29-300、10A 等。四四 离心通风器的设计计算离心通风器的设计计算本系统的离心通风器的设计计算主要是指转子的设计计算。对转子主要结构尺 寸（叶片长度、叶片外径和流通部分直径）的进行了设计计算研究。对于转子其他 结构尺寸的设计，一般按经验设计即可满足使用要求。此外，离心通风器作为一个 独立的附件，需要由专门的传动机构来驱动，因此设计时还需要计算其所消耗的传 动功率。同时作为一个新产品，也需要进行试验，在计算中的计算主要是计算分离 效率，在此也一并给出。最后，给出离心通风器的工作性能评价公式。为了满足生 产加工的需要作者给出了零件及装配体的工程图。4.14.1 转子主要结构尺寸计算转子主要结构
