从军工心脏开始

    好在陈东风计算过硬，硬是靠一把笔和一叠草稿纸计算了出来。

    燃烧室的气动热力性能数值分析室基础，还要在这之上，对叶轮机包括压气机和涡轮进行理论计算。

    叶轮机的理论计算需要用到基本焓方程:Δh=lu =w。

    压气机设计转速确定后，可以先选定动叶几何出口角β2，再根据加功量（涡轮输出功率）计算流量，最佳的β2值需经过较详细的计算才能确定，要从流动效率高和易于制造两个方面考虑来选择合适的值。

    确定转速、转子叶片几何出口角β2和加功量后




第十七章 核心机 结构设计
    在陈东风把这些数据处理完，已经差不多过了一周的时间，还有不到一周就要到七月了。期间黄恒来看了他们好几次，被209四人的疯狂吓到了，连重在参与都说出来了，怕他们四个留校万一出了点啥情况，自己和学校都不好交代。

    黄老院长被黄恒告知209四人的疯狂模式时，没有说什么，只是很欣慰的点了点头说:“小伙子，累点苦点睡一觉就过去了，这样我这还有点粮票你分给他们吧。”

    四人拿到粮票，都惊呆了，黄老院长什么人啊，竟然在关注他们，还让他们照顾好身体，当时他们就有纳头就拜，士为知己者死的冲动。

    陈东风按照进度今天开始对核心机的结构进行设计，一是要对每个构件进行制图，方便工人加工，二是要对整个结构的受力进行分析，如加强筋，支撑点等。

    首先核心机要固定在发动机机匣上，轴或转子上承受的各种负荷如气体轴向力、重力、惯性力及惯性力矩等。由支撑机构承受并传至发动机机匣上，最后由机匣通过安装节传至飞机构件中。

    陈东风要设计的就是采用几个支撑机构，安排在何处，这就是转子支承方案。一般情况下都是在压气机和涡轮转子前后安排支承点。由于他采用的是一级离心式压气机和二级涡轮转子，跟据离心式压气机和涡轮的特点，他采用了最简单的两点支点方案，即在压气机前端和涡轮前端放置两个支点。

    接下来要把风扇，压气机，涡轮，燃烧室的构件一一画出来，并进行受力分析，确保不会因为离心力或者震动产生脱落。很多时候陈东风是没有经验的，比如焊接问题，他采用的这种联管燃烧室，怎么把分燃烧室固定在壳体上，这个问题他只能打上问号然后采用一般的方法。

    陈东风只采用了一级离心式压气机级，故只有一组进口、工作叶轮、扩压器、涡壳这四部分。

    压气机进口段总是设计成圆柱形或者圆锥收缩段，进口段的作用是引导气流更好地进入工作叶轮，以减少进口处的流动损失和扰流强度。所以陈东风对压气机的进口设计了带有回流装置以扩大流量范围。

    工作叶轮是压气机最主要的零件，它的好坏对级的特性起了决定性的影响。对它的要求主要是，效率要高；强度要好，因为只有叶轮强度好，压气机才能达到较高的压缩压力。陈东风选择的材料当然不能是镍基合金或者单晶体金属。如果不出意外的话，他只能选择比较好的钢材。工作叶轮会因为其弯曲、扭转应力加大，在工作中带来振动的问题。这些所带来的麻烦，他不能用好的材料来客服，只能另辟蹊径了。陈东风设计了阻尼凸台的方法来减少风扇叶片所带来的振动。所谓叶片阻尼凸台，是指在叶片高度的适当位置上设置的并互相对接的凸起部分。其作用是使叶片间形成一个环带，以增强叶片的刚性并防止颤振。

    在工作叶轮后设置扩压器，是因为空气从工作轮出来后，具有很高的气流速度，也即具有很大的动能。这部分动能约占叶轮加功量的25%-50%。因此，为有效地利用这一部分的能量，必须把这部分的动能转变为压力能，以达到提高空气压力的目的。

    陈东风为了提高把气流的动能转变成压力能，他采用了叶片扩压器。叶片扩压器是在无叶扩压器平行光滑的壁面内，沿圆周均布一定数量的叶片而组成。气体介质在无叶扩压器内流动时，方向角基本保持不变，但在叶片扩压器内，气体必须按照叶片方向流动，所以流动状况较好，流动损失小，效率高。一般情况下叶片扩压器较无叶扩压器效率高3%5%。

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第十八章 核心机完成 继续前行
    陈东风磕磕绊绊的完成了航模发动机核心机的第一稿设计，看着这将近百来页的核心机设计手稿，陈东风又是疲惫又是激动。疲惫是因为这段时间的疯狂，激动是因为完成了核心机的设计。而这标志着他们的航模项目第一个里程碑就算到达了。

    陈东风在当天晚上四人交流会议上宣布这个消息的时候，杨辉、唐昌宏、杨韦三人同时鼓起了掌，这是他们自航模项目开始以来听到的第一个振奋人心的好消息，一扫他们一个多月来的疲劳和疲惫。三人迫不及待的让陈东风向他们讲述下设计的细节，虽然每天晚上，四人都有进度交流的会议，但有时候今天的成果明天就被推翻掉，这是常有的事。即使现在陈东风拿出来的也是第一稿，和最后定稿时的成果差距不知道会差别多少。

    陈东风下午完成最后的理论计算后，一直压抑着自己，想把这个好消息留到晚上大家一起分享。此时他也按捺不住心中的激动，拿着第一稿设计，开始对三人娓娓道来。

    三人有时候听的不是很明白，陈东风也会一一解释，如果遇到他们不明白的知识点也会当场为他们演算推导。即使唐昌宏和杨韦不是动力工程专业的，听起来也听的津津有味，不时的把不理解的知识点记录下来，准备空闲时再仔细查看。

    这一说，陈东风就停不下来了，他把核心机里面比较精妙的涡轮冷却方法，燃烧室热力计算分析模型，压气机增压结构等，统统细细的为三人分说。三人也没有犯困的，也不阻止他，所以陈东风这一说就说到了夜里三点钟。等他们合上笔记本，仔细品味完设计的整体的思路和精妙后，发现已经三点了，啥也不说了，立马睡觉。可是这么兴奋的四人哪是这么快可以入睡的，上了床后睡不着翻来覆去，也不知道多久才昏昏睡去。

    第二天，209的四人罕见的没有六点起床，都睡到了将近十点半了。四人洗漱完后，也没早饭吃了，干脆直接喝点开水饿着肚子，接着开起了交流会议。

    杨辉先汇报了下他的进度。他负责的发动机除核心机外的子系统有启动系统、发动机控制系统（模拟信号）、通信系统（与杨韦的电控系统对接）、滑油系统、电源系统（与杨韦的主控制系统通用）。他现在已经完成了电源系统、启动系统和滑油系统的大部分工作，剩下的就是与核心机进行配合设计。控制系统主要就是启动控制和燃油喷嘴的控制，正在设计中。通信系统还没有开始。总体来说进度控制的还不错。

    杨韦的飞机控制系统主要是控制飞机的运动的，主要是上升、下降、左右转弯、飞机速度的增加和减少，最重要的是飞行的稳定。模型飞机主要是依靠机翼上的操纵面和尾翼来完成改变方向的一些动作的。因此他的系统里面要包含测量飞机的姿态角、飞行速度、高度和侧向偏离的传感器以及陀螺仪。根据这些传感器的数据，飞行控制采取反馈控制原理。飞机是被控制对象，自动控制系统是控制器。飞机和自动控制系统按负反馈的原则组成闭环回路，实现对飞机的稳定与控制。

     



第十九章 航发子系统
    饥肠辘辘中，四人都各自汇报了自己的进度，有可喜之处，也有裹足不前。唐昌宏鉴于时间紧迫，任务繁重，提议陈东风转变为突击队员。要求他在不断地改进自己核心机设计的同时，也要抽调时间对三人的工作进行指导帮助。

    到了现在唐昌宏三人是不得不佩服陈东风的能力了，这如此短的一个半月时间，能基本设计出一款航模的核心机，即使现在的第一稿设计还有很多的不足之处，到考虑到他现在才上完大一，这已经是骇人的成果了。

    所以陈东风现在由不得他们不佩服，原先还有的在航模上面比试一番的心思就彻底淡了下来。三人都已经意识到没有陈东风的协助，他们自己的任务是不能保质保量的完成的。

    陈东风开始是想拒绝的，他认为他最多只能提提建议，不应该干涉甚至主导任务，但是架不住三人的坚持，又说陈东风是航模项目的发起者和小组长，应该负起主要责任。四人又讨论一阵，最后，陈东风决定先从与核心机比较密切的航发子系统入手，先协助杨辉查漏补缺，争取让子系统和核心机完美配合，接下来是唐昌宏的外形计算设计，这可以让航模项目初步成果，最后四人一起攻关电控系统和遥控系统，这里有很多设计是要在发动机和外形设计的基础上的。

    在航模项目开始到六月底这段时间，考虑到设计前行需要大量查阅资料的问题，他们的主要战场在图书馆。因为现在要进行合作，故而需要讨论的小组就要转移到图书馆以外的空教室中。所以四人要暂时分开，各自行动。

    不知不觉已经到了午饭时间，在讨论的尾声，杨辉提议‘人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌，我们快两顿了，为了祖国的现代事业，一起先去吃饭吧’。这时候几个人才感受到什么叫做饿的前胸贴后背，出了宿舍，前去食堂吃饭。

    下午陈东风和杨辉就去找了间空教室，然后在那里开始了对杨辉任务的全面查漏补缺。当然陈东风只负责提供思路和方法，具体的工作还是交给杨辉自己完成。

    杨辉再次梳理了自己现在的进度。首先杨辉的电源系统采用的是镍铬蓄电池，这是一种在华国比较常见的蓄电池，虽然有很多的型号。杨辉拟采用镍铬蓄电池单个容量是5000mah/1.2v的。考虑到发动机的启动系统初期启动需要大电流，以及控制系统需要稳定的电流，他选择的镍铬蓄电池是标准型和大电流放电型的组合电池组。初步计算启动功率后，杨辉拟用20节大电流型电池组成启动系统的专用电源，10节标准型电池组成控制系统（包括杨韦的整机控制系统）的电源。

    陈东风问他怎么处理镍镉电池的记忆效应（大家还记得早先刚买到诺基亚新手机的时候要充一整晚电吗暴露年龄了！）。

    杨辉的理由有两个，一是航模飞行时间短，在飞行过程中并不需要发动机对电池反向充电，所以只要电池及时保养不会遇到这个问题，二是镍铬电池比较成熟，价格便宜，现在华国没有最为先进的锂电池，如果不使用的话只能采



第二十章 外形结构 协作完成
    陈东风在和杨辉的讨论修改中，也要兼顾下唐昌宏的结构设计，至于杨韦他现在的精力就不够了。忙忙碌碌中，已经快半个月过去了，杨辉的发动机子系统在陈东风的协助下都已经定稿了，剩下的就是具体的元器件选择，电路板的设计了，这些接下来都交给杨辉独自处理。

    陈东风接下来就要和唐昌宏一起把航模的外形结构设计方案拿出来，并争取在八月底前完成。陈东风和唐昌宏来到空教室后，先问:“老唐，航模外形结构我们已经确定按照mirage2000的模样进行缩放，你觉得现在这次的重点和难点在哪里”

    唐昌宏点点头，丝毫没有因为他的年纪比陈东风大而有尴尬和不满，他对陈东风能力的相当有信心，也很服气陈东风现真正的进入小组长的角色。唐昌宏组织了一下思路慢条斯理的开始叙述。

    由于航模外形结构由其的用途决定，现在的这款航模主要目的是飞行及特技表演。对航模的技术要求应该是安全性、可靠性、维修性、经济性。

    从设计角度来说航模外形结构设计要先从其结构承载布局形式开始，接着是结构主要受力构件布置设计，这之后是飞机结构的刚、强度计算分析，最后才是飞机结构构件及其具体连接设计。由于航模的结构关键细节部位的安全寿命及损伤容限要求不是很高在设计中暂时不考虑。

    唐昌宏在结构设计中使用的是结构有限元分析法。由于结构设计中应力和变形分析十分重要，它是分析和评估结构承载能力、使用寿命、可靠性和进行优化设计的基础，又是修改设计和制定试验方案的依据，特别对按疲劳、损伤容限设计的关键件，其应力和变形的分析精度要求更高，需要有合适的模型和计算方法才能满足要求。目前主流的分析方法就是结构有限元分析法。

    航模结构设计包含机翼结构、尾翼结构、机身结构、发动机舱结构、起落架结构等。目前唐昌宏需要陈东风帮忙的是机翼和尾翼的结构设计。机翼是航模上升力的来源，尾翼、尾翼副翼和机翼副翼都是保持航模飞行平衡和做出特技飞行的关键运动部件。所以其受力大且复杂，还要牵涉到副翼的协调控制问题。

    这些完成之后，两人一起完成航模结构的刚、强度计算分析。最后的连接设计唐昌宏可以一个人独立完成。因为航模结构的刚、强度计算分析，需要大量的数学模型建立以及计算分析，这是个工作量很大的活，而连接设计则是可以根据各个结构的设立分析，来设计出连接机构的强度和形状。

    陈东风听完感叹一句:“老唐，你早就给我在前面的路上给我挖好了坑啊，就等着我来跳。不过，外形结构设计我是外行，你得帮我一起做！”

    “能力有多大，责任就有多大。这不说的就是你嘛”唐昌宏笑说。

    “一起合作，各司其职，我也只是过来辅助的，核心的任务还是要你们三人负责。”陈东风认真的说道。

    “好啦，不要这么严肃，我们虽然之前没有时间计划，但是大家心里的时间节点都是暑假结束前啊，时间紧迫，一起加油干吧！”唐昌宏一句话让两人重新投入到了紧张的设计工作中。

    如果是真飞机，那其结构设计绝对不是唐昌宏和陈东风两个人两三个月可以设计玩的，飞机结构要考虑到结构的强度、刚度、疲劳、耐久性、损伤容



第二十一章 控制系统 进退维谷
    陈东风在机翼、副翼和尾翼的设计及结构刚、强度分析的工作上还比较顺利。主要是唐昌宏把飞机结构设计的很多知识点都仔细的讲解给他听，再加上他的理解能力一流，计算能力超群，这才是任务顺利完成。当然后续的构件结构图纸都是交给了唐昌宏的，他决定去杨韦那里继续帮忙。

    杨韦现在的任务状态是进退维谷，主要原因就是无线通讯的选择问题。

    前文有提到，他们的航模是无线控制，这就使飞机的上没有传统飞机的拉杆，而要全部使用步进电动执行带动拉线进行操作。

    早期的步进电机不是由plc（可编程逻辑控制器）的脉冲端口直接给命令信号的，而是有全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器构成的。华国在六十年代中期已经开始生产和应用。

    步进电机的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，价格比较经济其易于实现。所以控制的执行机构没有问题。

    问题出现在短波射频收发单元。短波通信是指波长在100米～10米之间，频率范围3兆赫～30兆赫的一种无线电通信技术。

    如果在二十年后，他们选择一款射频收发模块，再配一套单片机系统完全可以很简单的实现这个功能。

    现在杨韦设计的结构是航模内有三个步进电机执行结构，这三个结构需要接收数字信号也就是电机正转或反转的圈数来执行命令。还有一个燃料喷嘴，需要把数字信号转化为喷嘴阀门开度的模拟量信号。主要就这四个执行单元，再有就是信号反馈单元，比如发动机温度和转速、飞行速度、飞行高度、飞行角度、燃料容量等信号。

    如果按照普通的办法只能把每一个信号都要配一组短波发射和接收模快，当然地面的控制单元也要相同的配置。

    这样的问题很多，第一个就是重量的问题。数十组短波收发模块的重量都快要接近原先航模设计重量了。要知道现在的收发模块不是二十世纪一个柴火盒子大小的芯片就可以搞定的。现在的收发模块都是一个个二极管、三极管、电容、电阻组合起来的，而且基本上每个收发模块都要单独设计，基本上不存在什么通用性，导致设计工作量极大。

    第二个就是几十组天线挤在一起，会造成信号的干扰。有人可能会说可不可以把波长和频率都设计的不一样来区分信号源，达到去除干扰的目的。且不说信号的波长和频率区分到可以抗干扰的技术难度多大。其实如果这些天线和电路如果是在一架真飞机上面，那干扰基本是不大的。但是这么小小的航模集成这么多的信号，就算不会干扰到主频信号电路，也会把旁路滤波电路上的电容电阻烧掉。

    陈东风听完杨韦的烦恼，也感觉颇为头疼。现在的大规模集成电路设计他不是很懂，也无能为力。在两人陷入到苦恼的沉思中的时候，陈东风突然想到了他接收的另一个陈东风的意识里面的画面。那个世界的手机可都是无线通讯的而且功能丰富，而导致这一现象产生根本性变革就是半导体集成电路的发展。

    想到这里，陈东风问杨韦:“有没有想过把这些收发的信号集成到一起，用一条报文来发送或者解析”

    “开始的时候也想过，也查阅了不少资料。但是这种分段提取信息的做法，通过电路实现不了，就放弃研究了。”杨韦答道。