一种航空发动机的仿真实验装置的制作方法

本发明涉及仿真装置的技术领域，特别是一种航空发动机的仿真实验装置。

背景技术：

对于航空专业的理科生来说，实践是学生深刻理解理论知识的一个重要途径。传统的航空发动机教学实验主要是观看陈列室的真实航空发动机样机，但是航空发动机体积大，结构复杂且难以观察，仅仅通过真实的发动机样机是无法透视其内部构造的，对于航空发动机内部部件之间的连接关系很难有一个整体的认识，而热态实验用于教学代价过大，还有安全隐患，航空发动机燃烧性能实验价格昂贵，作为教学实验使用代价过大，因此目前全国大部分高校航空发动机实验教学并不普及。

航空发动机是飞机的动力装置，为其提供动力，被称为飞机的“心脏”，对于航空发动机的学习是航空专业领域的重要环节。通过对航空发动机内部部件的逐步了解和认识，才能系统地掌握发动机的工作原理与整体结构。真实的航空发动机样机价格昂贵，教学实验经费高昂的问题已难以满足学生在学习过程中的实践需求和教学质量的保证。为了减少教学经费，在教学过程中采用小规模的仿真实验装置是比较好的一种方法。仿真就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三种基本方法，而且正在成为人类认识、改造和创造客观世界的一种通用性、战略性技术。

技术实现要素：

本发明提供一种航空发动机的仿真实验装置，解决了现有航空发动机教学过程中，航空发动机体积大，结构复杂，通过观看真实发动机样机，无法直观的看到发动机内部构造，而热态实验用于教学代价过大，还有安全隐患等问题。

本发明可以通过以下技术方案实现：

一种航空发动机的仿真实验装置，包括操作台，所述操作台上设置计算机、演示平板和多个演示模型，其侧面设置有功能操作面板，所述功能操作面板与计算机相连，所述演示平板用于发动机的结构图纸演示，所述演示模型仿照发动机及其内部各个结构部件制作，所述功能操作面板用于控制发动机的工作原理、内部构造和性能实验在计算机的显示屏上的仿真演示。

进一步，所述功能操作面板包括原理操作面板、构造操作面板和实验操作面板，所述原理操作面板包括第一开关键，以及多个原理指示按键，所述第一开关键用于控制原理操作面板的开启和关闭，所述多个原理指示按键用于控制对应结构的工作原理在显示屏上的仿真演示；

所述构造操作面板包括第二开关键、各个部件按键以及单元按键、爆炸按键、拆解按键，所述第二开关键用于控制构造操作面板的开启和关闭，所述部件按键用于控制对应部件在显示屏上的仿真演示，所述单元按键用于控制发动机各个单元在显示屏上的仿真演示，所述爆炸按键用于控制爆炸过程中各个部件的爆炸轨迹和爆炸顺序在显示屏上的仿真演示，所述拆解按键用于控制拆解过程中各个部件的拆解顺序在显示屏上的仿真演示；

所述实验操作面板包括第三开关键、慢车工况按键、巡航工况按键、最大推力工况按键、流场按键、压力场按键、温度场按键与仿真结果按键，所述第三开关键用于控制实验操作面板的开启和关闭，所述慢车工况按键、巡航工况按键和最大推力工况按键分别用于控制在慢车、巡航和最大推力工况的选择，而流场按键、压力场按键、温度场按键与仿真结果按键分别用于控制对应工况下流场、压力场、温度场云图和仿真结果的单独显示。

进一步，所述功能操作面板上还设置有电源按键和复位按键，所述电源按键用于控制整个仿真实验装置的开关，所述复位按键用于控制显示屏上的界面回复初始界面。

进一步，所述演示面板通过两个平行的支撑杆设置在操作台的一侧边上，采用磁吸结构，其上设置有个多个磁铁，用于固定结构图纸。

进一步，所述操作台下面设置有多个万向轮，所述万向轮上设置有锁止机构，所述锁止机构用于锁定万向轮。

进一步，多个所述演示模型均设置陈列台上，且采用3d打印制成，所述陈列台垂直两个支撑杆设置。

本发明有益的技术效果在于：

通过实际图纸、演示模型结合计算虚拟仿真使学生全面了解航空发动机工作原理和内部构造，并对典型工况下航空发动机的燃烧性能进行计算分析，解决了大型真实发动机教学实验受场地限制、实验成本高的问题，使航空发动机实验教学更加普及化，学习者有较强的参与性，有助于调动学习者的学习积极性。另外，整个装置结构紧凑，操作简单，便于普及和推广。

附图说明

图1为本发明的整体的总体结构示意图；

图2为本发明的功能操作面板的结构示意图；

其中，1-操作台，2-计算机，3-演示平板，31-磁铁、4-演示模型，5-功能操作面板，51-原理操作面板，511-第一开关键，512-原理指示按键，52-构造操作面板，521-第二开关键，522-部件按键，523-单元按键，524-爆炸按键，525-拆解按键，53-实验操作面板，531-第三开关键、532-慢车工况按键、533-巡航工况按键、534-最大推力工况按键、535-流场按键、536-压力场按键、537-温度场按键、538-仿真结果按键、54-电源按键、55-复位按键、6-陈列台、7万向轮、8-锁止机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进一步详细说明。

参照附图1和2，本发明提供了一种航空发动机的仿真实验装置，包括操作台1，在操作台1上设置计算机2、演示平板3和多个演示模型4，其侧面设置有功能操作面板，该功能操作面板5与计算机2相连，该演示平板3用于发动机的结构图纸演示，该演示模型4仿照发动机及其内部各个结构部件制作，该功能操作面板5用于控制发动机的工作原理、内部构造和性能实验在计算机2的显示屏上的仿真演示。这样，通过实际图纸、演示模型4结合计算机虚拟仿真使学生全面了解航空发动机工作原理和内部构造，并对典型工况下航空发动机的燃烧性能进行计算分析，解决了大型真实发动机教学实验受场地限制、实验成本高的问题，使航空发动机实验教学更加普及化，学习者有较强的参与性，有助于调动学习者的学习积极性。

该功能操作面板5包括原理操作面板51、构造操作面板52和实验操作面板53，该原理操作面板51包括第一开关键511、多个原理指示按键512，该第一开关键511用于控制原理操作面板51的开启和关闭，多个原理指示按键512包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴和冲压发动机等等，用于控制对应结构的原理在显示屏上的仿真演示，具体如下：

通过第一开关键511启动原理操作面板51，原理操作面板51设有五个原理指示按键512，每个原理指示按键512均标注不同航空发动机类型名称，包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨等等。学习者选择好类型后点击原理指示按键512，仿真实验系统接收到指示直接跳转到该型号发动机工作原理仿真演示界面，开始演示发动机整体的工作运行情况，如空气先经进气口，再到压气机受压，压缩过的空气进入燃烧室，室内油管喷油点火，燃油在压缩空气中燃烧，产生的燃气经过涡轮出口产生膨胀，经过尾喷管喷出的一个动态运行画面。在整个演示的过程中，加入文字提示和语音同步讲解。学习者通过观看演示，对航空发动机工作原理可以产生一个清晰的认识。工作原理演示范例使用flash动画制作软件制作而成，制作好的动态图片再经过视频制作软件加入文字和语音讲解，并存储于计算机的素材库内等待调用，仿真实验系统接收指令后直接调用预先制作好的视频文件。本演示实验环节针对五种不同类型航空发动机工作原理分别制作好视频素材。

该构造操作面板52包括第二开关键521、各个部件按键522以及单元按键523、爆炸按键524、拆解按键525，该第二开关键521用于控制构造操作面板52的开启和关闭，该部件按键522用于控制对应部件在显示屏上的仿真演示，包括进气装置、压气机、燃烧室、燃气涡轮与尾喷管等等，该单元按键523用于控制发动机各个单元在显示屏上的仿真演示，该爆炸按键524用于控制爆炸过程中各个部件的爆炸轨迹和爆炸顺序在显示屏上的仿真演示，该拆解按键525用于控制拆解过程中各个部件的拆解顺序在显示屏上的仿真演示，学习者选定操作模式后，仿真实验系统先调用素材库内的三维模型，同时打开支持三维模型文件格式的三维建模软件，三维建模软件嵌套在仿真实验系统中，即航空发动机的三维模型在仿真实验系统中展示。具体如下：

通过按下第二开关键521，启动构造操作面板52，同时计算机仿真实验系统进入到构造演示模块，系统调用素材库内的三维模型，使航空发动机的整体三维模型在仿真实验系统中展示，为学习者提供一个虚拟发动机三维模型，按下单元按键523使整体三维模型各部件形成独立的单元模块，每个部件均在建模软件中建立单个模型并装配，通过各个部件按键522调用对应的部件，在系统中单独显示；按下爆炸按键524，演示航空发动机的一个爆炸过程，该爆炸过程事先通过建模软件设置好了每个部件的爆炸轨迹和爆炸次序，通过建模软件自带的录像功能记录爆炸的全过程，并在仿真实验系统中展示；按下拆解按键525，仿真实验系统显示各部件为独立可移动单元，每个单元通过建模软件事先独立化并设置好了移动轨迹，在演示系统中使用鼠标移动部件，达到一个拆解的效果。特别说明，构造演示实验环节中爆炸演示为视频文件，其余构造演示均在三维软件基础上在系统中显示航空发动机的三维模型。

该实验操作面板53包括第三开关键531、慢车工况按键532、巡航工况按键533、最大推力工况按键534、流场按键535、压力场按键536、温度场按键537与仿真结果按键538，主要针对航空发动机燃烧室的性能仿真，分别在慢车、巡航、最大推力的工况下进行实验。该第三开关键531用于控制实验操作面板的开启和关闭，该慢车工况按键532、巡航工况按键533和最大推力工况按键534分别用于控制慢车、巡航和最大推力的工况选择，由于发动机燃烧室的性能主要通过不同工况下的流场、压力场、温度场云图和各项实验结果进行展示，因此，可以通过流场按键535、压力场按键536、温度场按键537、仿真结果按键538分别控制对应工况下的流场、压力场、温度场和仿真结果在显示屏上的单独显示，具体如下：

按下第三开关键531启动实验操作面板53，同时仿真实验系统进入燃烧性能仿真实验模块，通过三个工况按键，分别切换到对应工况下的性能仿真，同时切换流场、压力场和温度场按键，显示燃烧室的流场、压力场、温度场云图，并提供实验结果的相关项参数。每个工况下的实验结果都事先经过仿真分析软件得到燃烧流场、压力场、温度场云图及对应实验结果文本格式信息，仿真结果按键可导出显示实验结果文本。学习者根据系统提供的云图与实验结果文本信息做后期的数据分析、计算。

该演示面板3可通过两个平行的支撑杆设置在操作台1的一侧边上，采用磁吸结构，其上设置有个多个磁铁31，用于固定结构图纸。而所有的演示模型4均设置陈列台6上，且采用3d打印制成，该陈列台可以垂直两个支撑杆设置，以此为支撑，平行于操作台1设计，两者之间留有间隙，方便在操作台1上放置其他物品。

为了便于操作，在功能操作面板5上还设置有电源按键54和复位按键55，该电源按键54用于控制整个仿真实验装置的开关，而复位按键55用于控制显示屏上的界面回复初始界面，而不用操作者一个个去关闭已经打开的文件，通过该按键可以直接回复到初始界面，快捷方便。

在操作台1下面设置有多个万向轮7，方便其随意移动，在万向轮7上设置有锁止机构8，该锁止机构8用于锁定万向轮7，以防止学习者在操作过程中发生操作台1的偏移。

本仿真实验装置通过计算机仿真演示，解决了大型真实发动机教学实验受场地限制、实验成本高的问题，使航空发动机实验教学更加普及化，学习者有较强的参与性，有助于调动学习者的学习积极性，其成本低，占地面积小，不需要开展发动机热态实验，不存在传统实验设备的维修和损耗问题，具有很强的实用价值，便于高校利用和推广。

本发明的仿真实验装置提供了一种全新的教学模式，利用建模技术建立的航空发动机三维模型，在仿真实验系统中可任意透视、拆解，全方位的、重点的展示发动机内外构造。与传统教学中观看真实的发动机相比，有利于强化学习者对航空发动机结构的整体认识，有利于了解各部件之间的连接关系，有利于发动机内部盲区的观察。同时还设置了功能操作面板和素材库，通过按键直接从素材库调用仿真实验演示，方便操作，易于学习，节省时间，具有很强的拓展性，可通过建模软件添加其它类型的航空发动机三维模型及燃烧性能仿真实验结果。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。