航空发动机原理与构造课程开发--燃烧室
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航空发动机原理与构造课程开发-燃烧室Development of Aircraft Principle and Structure Course - Combustor摘 要基于发动机 ATM 和 AMM 手册,本文利用 3Dmax 软件对燃烧室及其各附件进行建模,并用动画展示燃烧室的内部结构,包括:利用 3Dmax 软件完成燃烧室壳体(扩压机匣) ,火焰筒外层、内层,旋流器,扩张段和连焰管等部件的建模;把已经做好的模型合并到一个场景中,给每个模型设置好相应的动作,相应的时间,利用3Dmax 软件的动画功能生成视频文件来实现燃烧室的原理的展示。所用的建模方法有:几何体建模,放样建模,多边形建模等。利用 3Dmax 软件进行的燃烧室部件建模和动画显示过程,能够比较真实地再现燃烧室的内部结构,内部结构的展示直观清晰,不失为学习和研究发动机燃烧室内部结构的一种好方法。关键词:燃烧室;动画展示;3DmaxAbstractThis thesis introduces the aircraft engine combustion chamber and other accessories modeling methods with the help of 3Dmax software, which is based on theengine ATM and AMM, and using animation to display the internal constitution of combustion chamber, comprise: with the use of 3Dmax software to complete combustion chamber case(diffuser case), outer combustion chamber, inner combustion chamber, turbine nozzle, compressor exit stator and seal, and other accessories modeling; merge the models which have been done into one scene, then set for each model the appropriate action and time, display the internal constitution of combustion chamber by the animation function of 3Dmax software. Modeling methods used: geometric modeling, lofting modeling, polygon modeling.The combustion chamber modeling and animation process by 3Dmax software, to compare a true reproduction of the internal structure of the combustion chamber, the display of the internal structure is clear and visual, and its a good way to study the internal structure of engine combustion chamber.Key words: Combustion Chamber; Animation; 3DmaxI目 录第 1 章 绪论 11.1 课题背景 11.2 燃烧室简介 2第 2 章 概述 32.1 燃烧室的基本类型 32.1.1 分管燃烧室 42.1.2 环管燃烧室 52.1.3 环形燃烧室 62.2 3D max 软件介绍 .7第 3 章 燃烧室各部件建模 93.1 燃烧室壳体建模 93.1.1 在视图中插入背景图片 93.1.2 绘制燃烧室壳体的剖面线 93.1.3 燃烧室实体造型 103.2 火焰筒建模 163.2.1 火焰筒外层建模 163.3.2 扩压器建模 18第 4 章 动画制作 204.1 动画的概念 204.2 制作装配动画 204.3 粒子效果动画 214.4 渲染输出视频动画 25第 5 章 结论 27参考文献 28致 谢 29附录:外文翻译资料 301第 1 章 绪论1.1 课题背景航空发动机既是飞机的“心脏” ,又是推动飞机快速发展的原动力。人类在航空领域中的每一次重大的革命性进展,无不与航空发动机技术的突破和进步密切相关。而发动机发展过程中的每一次突破,又是采用了当时科学研究、工业生产与航空发动机有关领域中所取得的最新成果而获得的。航空发动机的研制水平,充分体现了一个国家的工业基础、经济实力和科技水平等综合实力。1903 年,美国人莱特兄弟制造出一架装有两个推进式螺旋桨的双翼飞机,这架飞机采用了有他们自制的的功率约 9 千瓦(12 马力)的活塞式发动机。虽然今天看来,这台发动机的性能并不先进,但它却是世界上第一台能上天的航空发动机。活塞式发动机具有耗油低、成本低、工作可靠等特点,在喷气式发动机发明之前的近半个世纪内,是唯一可用的航空飞行器的动力。在莱特兄弟首次飞行后的 40 多年,活塞式发动机的功率从 9 千瓦(12 马力)增加到 2237 千瓦(3045 马力) ,增加了250 多倍,并使飞机飞行速度超过 700 千米/小时,飞行高度超过 10000 米。由于发动机功率与飞机飞行速度的三次方成正比,随着飞行速度的提高,要求发动机功率大大增加,使其重量也随之迅速增加,另一方面,在接近声速时,螺旋桨的效率会急剧下降,也限制了飞行速度的提高。要进一步提高飞行速度,尤其要达到或超过声速,必须采用新的动力装置。喷气式发动机可以产生很大的推力,而自身重量又较轻,从而大大的提高了飞机的飞行速度。世界上第一家以喷气发动机为动力的德国亨克尔 He178 飞机在 1939年首次试飞时就达到了 700.37 公里/小时的飞行速度,已接近活塞发动机的极限速度,宣告了一个新的航空时代的到来。二战结束后,随着工业技术水平的提高和冷却的需要,美、俄(前苏联) 、英、法等国家纷纷研制发展喷气式飞机,首先用于战斗机上,随后用于轰炸机、运输机和民航客机上,引发了一场航空工业的“喷气革命” 。进过半个多世纪飞发展,喷气发动机的推力已经由最初的 200300 千克增加到54620 千克,几乎增加了二百多倍,耗油率由大于 0.1 千克/(牛小时)降到0.0035 千克/(牛小时) ,降低了约 2/3,发动推重比小于 1.0 增加到 10,增加了10 余倍,发动机的寿命由最初的几小时增加到 23 万小时,增加了近万倍,而且发展出涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、桨扇等不同用途和性能的发动机。正是由于航空动力技术的发展,飞机飞行速度才突破了声障,实现了超音速飞行,并实现了宽体民用客机的不着陆越洋飞行,从而推动了整个航空技术的进步 1。21.2 燃烧室简介燃烧室位于压气机和涡轮之间,其功用是使高压空气与燃油混合、燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气。燃烧室是发动机的重要部件之一,发动机的可靠性、经济性和寿命在很大程度上取决于燃烧室的可靠性和燃烧的有效程度 2。燃烧室工作的好坏,将直接影响发动机的工作与性能,根据燃烧室的功用,对其基本的性能要求是:点火可靠、燃烧稳定、燃烧完全、总压损失小、尺寸小、出口温度分布满足要求、排气污染小。点火可靠就是在一定的外界条件下能保证可靠点火,即能在地面和空中可靠的点火。燃烧室在点燃之后,必须在规定的全部飞行高度和速度范围内都能保证燃烧稳定而不被吹灭。燃油燃烧时,绝大部分燃油通过燃烧将化学能转变为热能,提高了燃气总焓,但也有一部分来不及燃烧就随着燃气流出燃烧室,为了衡量燃烧完全程度,常用燃烧效率和燃烧完全系数来表示。由于气体流过燃烧室并在燃烧室中喷入燃油燃烧,不可避免会使气流总压下降。这将使燃气在涡轮和喷灌内膨胀做功的能力减小,影响了发动机的推力和经济性。所以应力求较小气流在燃烧室中的总压损失。为了提高发动机的推重比,缩短燃烧室的长度,不但可以减轻燃烧室的重量,也可以缩短压气机和涡轮之间的距离,从而可以减轻机匣和转子的重量。减小燃烧室的直径可以减小发动机的迎风面积,提高发动机的迎面推力。除点火过程外,火焰不得伸出燃烧室。出口温度场均匀,在出口环腔内最高温度与平均温度之差不得超过 100120。在径向上:靠近涡轮叶片叶尖和叶根处的温度应低一些, 而在距叶尖大约三分之一处温度最高。在航空发动机中, 燃烧室在高温情况下工作, 条件十分恶劣, 往往需要经常检修或更换零件,合理地组织燃烧和冷却, 或采用高性能耐热材料等,以提高燃烧室的寿命。3第 2 章 概述燃烧室的工作条件十分恶劣。燃烧过程是在高速气流和贫油混合气中进行,燃烧室的零件是在高温、高负荷下工作,局部温度高达 3000K 以上,承受着由气体力、惯性力产生的静载荷和振动负荷,还受到热应力和热腐蚀的作用。燃烧室壳体和扩压器是发动机的主要承力件。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界,设计者在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型及场景,再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数。当这一切完成后就可以让计算机自动运算,生成最后的视频动画。三维动画技术模拟真实物体的方式使其成为一个有用的工具。由于其精确性、真实性和无限的可操作性,目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。借助三维动画技术模拟燃烧室装配,展示燃烧室内部结构,能弥补书本中图片不易观察的缺点,是学习燃烧室内部结构的一个不错的方法。2.1 燃烧室的基本类型图 2-1 三种基本结构形式的燃烧室4日前,燃烧室的形式虽然很多但是,为了满足燃烧室的基本功能,都采用了扩压减速、空气分级、反问回流、非均匀混合气成分等基本措施。在燃烧室条件非常恶劣的情况下,在燃烧室局部区域造成低流速和略微富油的优势环境,再利用一股气流进行补燃和降温,以保证燃烧稳定、完全和对出口温度的要求。在结构上,为了保证上述基本措施的实现,燃烧室都是由进气装置(扩压器)、壳体、火焰简、喷嘴和点火器等基本构件组成。根据主要构件结构形式的不同燃烧室有分管(单管)、环管和环形三种基本类型,如图 2-1 所示。图 2-2 分管燃烧室2.1.1 分管燃烧室图 2-2 是分管燃烧室,分管燃烧室的结构特点是:燃烧室由若干个(6-16 个)单管燃烧室组成,每个单管燃烧室由一个管形火焰简及其外围单独的外壳构成、沿发动机圆周均匀地分布,各单管燃烧室之间用传焰管联通,传播火焰和均衡压力。图 2-3 是典型的单管燃烧室。5图 2-3 单管燃烧室壳体和火焰筒头部之间构成扩压通道,用来降低流速,提高压力,保证燃烧顺利进行和减小压力损失。火焰筒是一个在侧壁面上开有多排直径大小不同形状各异的孔及缝的薄壁金属结构,燃烧在其内部进行,保证燃烧充分、掺混均匀并使壁面得到冷却。联焰管起着传播火焰的作用,点燃没有点火装置的火焰筒内的混合气,并起着均衡压力的作用。喷油嘴用来供油,并使燃油雾化或气化,以提高火焰传播速度,有利于稳定燃烧。旋流器使进气在叶片的引导下旋转,形成回流区,保证火焰稳定。点火装置能产生高能火花,点燃混合气。分管燃烧室的优点是试验和修正比较容易,不需要庞大的实验设备;维修检查和更换比较方便,不需要分解整台发动机;从发动机总体结构安排上看,与离心式压气机的配合比较协调。因而在早期的发动机上得到广泛的应用。2.1.2 环管燃烧室环管燃烧室又称为联管燃烧室,多用于轴流式压气机的发动机上。环管燃烧室是由若干个单独的管型火焰筒沿周向均匀排列在内、外壳体之间形成的环形腔里,相邻火焰筒之间用联焰管连接。在每个火焰筒前安装有旋流器、喷嘴,通常只在两个火焰筒上装有点火装置。6联焰管主要作用是为分管燃烧室和环管燃烧室传播火焰以及均衡各火焰筒的压力。联焰管的轴向位置,应设在回流区直径最大的地方,因为该处容易点火。联焰管的直径足够大,如果直径太小,则火焰难以通过,尤其是在高空低压的条件下。但联焰管直径也不宜太大,因为联焰管横贯于第二股气流通道之中,大联焰管下游将产生强烈的涡流,影响下流火焰筒壁面的冷却。环管燃烧室的优点是迎风面积小;出口燃气温度、压力比较均匀;安排合理,检修容易。缺点是重量大,高空起动性能差。图 2-4 是贝斯发动机的环管燃烧室。图 2-4 贝斯发动机的环管燃烧室2.1.3 环形燃烧室图 2-5 是环形燃烧室的构造图。根据气体在燃烧室内流动的情况,环形燃烧室可分为直流环形燃烧室、回流环形燃烧室和折流环形燃烧室三种。环形燃烧室由四个同心圆组成,最内、最外的两个圆筒为燃烧室的内、外壳体,7中间两个圆筒为火焰筒,在火焰筒的头部装有一圈旋流器和喷油嘴。环形燃烧室多用于轴流式压气机的发动机,由于其结构最紧凑,性能比较好,近来很多发动机都采用环形燃烧室。我国民用航空飞机上所用的JT9D、CFM56、PW4000、RB211 等发动机都是这种燃烧室 3。图 2-5 环形燃烧室2.2 3D max软件介绍3D Studio Max,常简称为 3ds Max 或 MAX,是 Autodesk 公司开发的基于 PC 系统的三维动画渲染和制作软件。在应用范围方面,广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。根据不同行业的应用特点对 3ds MAX 的掌握程度也有不同的要求,建筑方面的应用相对来说要局限性大一些,它只要求单帧的渲染效果和环境效果,只涉及到比较简单的动画;片头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大,特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些;影视特效方面的应用则把 3ds MAX 的功能发挥到了极至。8石墨(Graphite)建模工具:提供数量庞大的新的工具, 使用者可以自由地设计和制作复杂的多边形模型。除了建模与贴图工具外,石墨工具包包括一些全新的工具,包括:用各种笔刷来做雕塑,快速重新拓普,颗粒的多边形编辑,将 transforms 锁定到任意表面,自由地产生顶点,智慧选取,快速产生表面与形状等。x View 网格分析工具:在输出/渲染前就能先验证设计者的 3D 模型。能够以交互式的方式查看模型可能出现的问题,帮助设计者做出关键的决定。这一重要的新工具可更有效率地测试模型与贴图。 增强的预览功能:Review 3 让设计者不用花大量时间在测试算图参数上。它支持 AO(ambient occlusion,环境光遮蔽),高动态范围图像(HDRI) ,硬件反锯齿,互动方式的曝光控制调整。容器(Containers):让使用者能把多个对象放在同一个 Containers 当中, 如此能灵活地管理工作流程。打开 Containers 会暴露内容,而关闭 Containers 会强化数据。可以选择性的不加载某个 Containers,如此可以有效管理复杂的场景。这样的工作流程,可以节省内存,提高效能和减少加载时间。Container nodes 可以被转换,删除,复制,或保存。多个 Containers 可以参照到单一场景, 让团队可以协通工作。容器也可以设定权限, 让特定的员工能够编辑管理容器内的物体。3DS MAX 有非常好的性能价格比,它所提供的强大的功能远远超过了它自身低廉的价格,一般的制作公司就可以承受的起,这样就可以使作品的制作成本大大降低,而且它对硬件系统的要求相对来说也很低,一般普通的配置已经就可以满足学习的需要了。9第 3 章 燃烧室各部件建模3.1 燃烧室壳体建模3.1.1 在视图中插入背景图片(1)在开始做之前设置好自动备份,打开 3Dmax 软件,点击菜单栏中的“自定义”“首选项” ,弹出首选项设置对话框,选择文件选项卡,在自动备份子选项卡中选中“启用” ,设置好自动保存的文件数和备份间隔,确定后完成设置。(2)开始插入背景。点击菜单栏里的“视图”“视口背景”“视口背景” ,弹出“视口背景”对话框,如图 3-1 所示:图 3-1 视口背景对话框(3)点击视口背景对话框中背景源选项卡下的“文件”按钮,在弹出对话框中选择需要插入的图片,此时背景源选项卡下的“当前”后面出现图片路径,接下来在纵横比选项卡中选择“匹配位图” ,在其右侧选中“显示背景”和“锁定缩放/平移” ,完成背景图片的插入,如图 3-2 所示。3.1.2 绘制燃烧室壳体的剖面线(1)选中前视图,点屏幕右下角的“最大化视图切换” ,将视图切换到最大化。10图 3-2 插入图片做背景(2)点击命令面板 “创建”“图形”“线” ,选择“线”的参数,在创建方法选项卡中初始类型选择“角点” ,拖动类型选择“Bezier” ,如图 3-3 所示,开始参照背景图绘制燃烧室壳体剖面线,点击鼠标右键结束绘制,将该线条命名为“燃烧室壳体” 。图 3-3 线的参数设置(3)粗略的绘制完成剖面线后,在命令面板中点击“修改” ,选择“顶点”级别 ,此时绘制的燃烧室壳体线的顶点显示为小黄点,选中要修改的顶点,点击工具栏中的“选择并移动”按钮,移动顶点的位置来调节线条的形状。(4)需要插入顶点时,使用命令面板中几何体选项卡下的“插入”命令,左键点击要插入顶点的地方,再次点击左键确认,点击右键结束此处的插入。选中要删除的顶点,用“Delete”按钮删除。(5)调整好各顶点的位置后,选中需要倒角的拐角处顶点,利用命令面板中几何体选项卡下的“圆角”命令,输入圆角半径,回车即可。3.1.3 燃烧室实体造型(1)选中上述步骤(5)中绘制好的燃烧室剖面线,使用工具栏中的镜像命令。11将其参数设置为:镜像轴 Y 轴;偏移 389;克隆 复制。确定后镜像出一个剖面线。(2)选中两个剖面线(此时坐标中心位于两者中间的镜像轴位置) ,点击命令面板中 “修改” ,在修改器下拉菜单中选择“车削”命令(此时会出现两个实体,删除一个即可) ,参数设置为:度数 360;焊接内核;分段 36(段数越多,车削后越平滑) ;方向选择 X 轴;对齐选择 中心。其他参数保持默认。(3)在修改器列表下添加“网格平滑”修改器,使车削的实体表面平滑,得到实体如图 3-4 所示:图 3-4 燃烧室壳体(4)制作扩压器支柱:在左视图中绘制出扩压器支柱的草图,调整顶点到合适的位置,在拐角处添加倒角,完成之后,在修改器列表下选择“挤出”命令,参数为,数量 5,分段 1,其他参数保持默认,得到实体 line04。(5)选中实体 line04,按住“Shift”键拖动,复制出一个相同的实体line05,再合适的位置创建一个长方体 box02,把这三者组合到一起得到扩压器支柱实体,如图 3-5 所示:12图 3-5 扩压器支柱(6)在左视图中创建一个圆 Circle01,点击工具栏上的“对齐” ,再点击燃烧室壳体,在弹出的对话框中的对齐位置选项卡下选中“X 位置” 、 “Y 位置” 、 “Z 位置”,在当前对象和目标对象选项卡中选择“中心” ,此时圆 Circle01 和燃烧室壳体同心。(7)把扩压器支柱移动到燃烧室壳体的合适位置,在扩压器支柱处于选中的情况下,点击工具栏上的“参考坐标系”按钮,选择“拾取” ,然后选中圆Circle01,点击工具栏的“使用轴点坐标” ,将其切换为“使用变换坐标中心” 。这时扩压器支柱的坐标中心和圆 Circle01 的坐标中心一致,完成坐标中心转换。(8)选中扩压器支柱,点击“工具”“阵列” ,其参数设置如图 3-6 所示,单击确定后得到图 3-7。图 3-6 阵列参数设置13图 3-7 阵列后效果(9)制作燃油喷嘴安装孔:在左视图中创建一个圆柱体,半径 9,高度 40,边数 24,使用工具栏中的“选择并移动”和“选择并旋转”命令,把圆柱体调整到燃烧室壳体的合适位置(在左视图中观察,圆柱体处于相邻扩压器隔板正中位置) ,重复上述的(7) 、 (8) ,阵列出一圈的圆柱体。点击工具栏中的“按名称选择”按钮,在弹出的对话框中选择所有的圆柱体,点击鼠标右键,将其转化为可编辑多边形。在命令面板中的编辑几何体选项卡下,点击 “附加列表” ,再次选中所有的圆柱体,将所有的圆柱体成为一个实体。选中燃烧室壳体,点击“创建”“几何体”“复合对象” ,选择“布尔”命令,在拾取布尔选项卡下,选中“移动” ,操作选项卡下选中“差集(A-B) ”。点击“拾取对象 B”拾取圆柱体,布尔运算完成后燃油喷嘴孔就挖完了。 (注意:由于 3Dmax 软件的布尔运算稳定性不高,所以每次做完布尔运算后将实体转化为可编辑多边形,以减少出错。在以后的步骤中不再赘述。 )(10)制作轴承冷却孔:在左视图中创建一个圆柱体,半径 13,高度 20,边数24,把圆柱体调整到燃烧室壳体的合适位置(参考手册中燃烧室图片上的具体位置而调整) ,重复步骤(7) ,把步骤(8)中的数量改为 12 后重复操作此步骤,参考手册图片,删除多余的 3 个圆柱体,将剩下的圆柱体附加成一个整体,使用布尔命令14的差集运算,开出轴承冷却孔。(11)制作火焰筒外层固定孔:在左视图中创建一个圆柱体,半径是 4,高度20,边数 24,把圆柱体调整到燃烧室的合适位置,重重复步骤(7) ,把步骤(8)中的数量改为 12 后重复操作此步骤,将阵列的圆柱体附加成一个整体,用布尔命令的差集运算,开出火焰筒外层固定孔。完成后如图 3-8 所示:图 3-8 开完孔后的燃烧室外壳(12)制作火焰筒外层安装凸台:在前视图中创建一个管状体,半径 1 为 7,半径 2 为 4,高度为 5,边数 18。制作喷油嘴安装凸台:在左视图中创建一个三角形,使用倒角命令做出半径为 4 的倒角,添加挤出命令,数量为 5,使用布尔命令差集运算在 3 个角上都挖出半径为 2 的螺栓孔,在正中间挖出半径为 9 的孔。制作轴承冷却孔凸台:在前视图中创建一个半径 1 为 18,半径 2 为 13,高度为 5,边数为 18 的管状体,再创建 6 个半径为 4 的圆柱体,把圆柱体均匀分布在管状体的四周形成 6 个凸耳,使用布尔命令的并集运算把管状体和圆柱体合并成一个整体,然后再利用布尔命令的差集运算分别在 6 个凸耳上挖出半径为 2 的螺栓孔。(13)添加凸台:重复步骤(7) 、 (8) ,使用阵列命令阵列出 12 个火焰筒内层15安装凸台,24 个喷油嘴安装凸台,9 个轴承冷却孔凸台,将三种凸台依次添加到燃烧室壳体上,如图 3-9 所示:图 3-9 添加完凸台后的燃烧室壳体(14)制作并添加火花塞安装凸台:利用布尔命令的差集运算在燃烧室的四点钟方向挖出两个半径为 6 的火花塞孔,并在左视图中创建一个管状体 Tube01,半径1 为 9,半径 2 为 6,高度为 6,边数为 18,复制一个对象,将两个凸台添加到燃烧室壳体上。(15)制作燃烧室壳体前端安装孔:选中圆 Circle01,设置半径为 220,将圆调整到合适的位置,并保持圆 Circle01 和燃烧室壳体同心,再创建一个圆柱体,半径 3,高度-15(负数表示方向相反) ,边数 18,在圆柱体处于选中情况下,点击菜单栏中的“工具”“对齐”“间隔工具” ,在弹出的间隔工具对话框中,将参数设置为计数 108,前后关系选项卡中选中“中心” ,对象类型选项卡中选中“实例” ,然后点击“拾取路径” ,拾取圆 Circle01,单击应用确定间隔工具参数设置如图 3-10 所示:。将所有圆柱附加成一个整体,对燃烧室壳体使用布尔差集运算,开出安装孔。每次做完布尔运算后,将燃烧室转化为可编辑多边形。16图 3-10 间隔工具参数设置(16)制作燃烧室壳体其余安装孔:重复步骤(15) ,在第二、三、四、五道安装边上分别开出 12、24、24、128 个孔。至此完成燃烧室壳体模型建立,结果如图3-11 所示:图 3-11 燃烧室壳体模型完成后效果3.2 火焰筒建模3.2.1 火焰筒外层建模(1)打开 3Dmax 软件,在前视图中插入背景图片,背景图片如图 3-2。根据背17景图片描绘出剖面轮廓线,将剖面轮廓线命名为“火焰筒外层” 。使用圆角,插入等命令调整好剖面轮廓线的形状。(2)使用镜像命令镜像出一个剖面轮廓线,镜像参数设置为,镜像轴为“Y 轴”,偏移 450,克隆当前选择下选择“复制” 。(3)选中两个剖面轮廓线,添加车削命令(车削出两个,删除一个即可) ,车削方向是 X 轴,然后再添加平滑网格命令,得到实体如图 3-12 所示:图 3-12 火焰筒外层剖面轮廓线车削后效果(4)在左视图中创建一个圆,半径设置为 183,将其调整到火焰筒外层的合适位置,再创建一个圆柱体,半径为 12,高度为 40,分段为 18,利用间隔工具,沿圆均匀生成 24 个圆柱体,把这 24 个圆柱体附加成一个整体,利用布尔命令的差集运算在火焰筒外层顶部开出 24 个孔。(5)制作火焰筒外层顶部安装耳:在前视图中创建一个三角形,调整顶点位置以达到合适的形状,添加挤出命令,厚度为 5,得到实体,在顶视图中创建一个管18状体,半径一为 4,半径二为 2.5,高度为 5,边数为 18,将三角形实体和圆柱体添加到一起后再添加网格平滑命令即可。(6)将火焰筒顶部安装耳移动到合适的位置,使用间隔工具,沿顶部均匀生成12 个实体,将他们添加到火焰筒外层的顶部。(7)制作火花塞孔:配合燃烧室壳体上火花塞孔的位置,利用布尔命令的差集运算在火焰筒外层上开出半径是 4 的两个火花塞的孔。(8)制作掺混孔:根据维修手册的火焰筒掺混孔分布情况,使用布尔命令的差集运算在火焰筒外层的侧壁上开出掺混孔。(9)制作气膜冷却孔:使用布尔命令的差集运算在火焰筒外层的侧壁的凸棱上开出气膜冷却孔。至此火焰筒外层模型做完,如图 3-13 所示:图 3-13 火焰筒外层模型完成后效果3.3.2 扩压器建模(1)打开 3Dmax 软件,在前视图中描绘出压气机出口封严环的剖面轮廓线,和导向叶片轮毂剖面轮廓线,调整顶点到合适的位置,使轮廓线接近真实图形。(2)选中压气机出口封严环的剖面轮廓线,用镜像命令,镜像出一个剖面轮廓线,选中这两个剖面轮廓线,添加车削命令,得到实体,再添加网格平滑命令,使19实体表面光滑。同样步骤制作出导向叶片轮毂实体。(3)制作导向叶片:在顶视图中画出闭合曲线,调整顶点位置得到合适的形状,添加挤出命令,挤出高度 19。(4)在左视图中创建一个圆,用对齐命令使圆与导向叶片轮毂实体同心,选中导向叶片,把坐标中心转换到圆坐标中心,使用阵列。图 3-14 扩压器(5)开安装孔:使用间隔工具和布尔命令,在导向叶片轮毂的安装边和压气机出口封严环的安装边上对应着开出 12 个安装孔,安装孔直径为 3。如图 3-14 所示。20第 4 章 动画制作4.1 动画的概念现在,计算机动画已经大量地应用于娱乐、广告、科学和工程研究,以及培训和教学多个领域。从广义上讲,动画指的是对象位置和形状的变化,而“Computer Animation(计算机动画)”这一术语,现在比较权威的解释是:场景中任何随时间而发生的视觉变化。这个视觉变化的定义非常广泛,除了用移动、旋转来改变对象的位置外,对象的比例大小、形状、颜色、透明性、表面纹理等诸多属性随时间而发生变化,都可以看出是动画,另外,对象和场景的照明效果和背景环境发生的变化,也可以看出是动画。因此,我们也可以这样定义动画:一切随时间发生的可被视觉所感知的变化。在 3Dmax 中,凡是被创建的对象都可以设置动画,这个对象并不是单指模型,像灯光、摄影机、材质、纹理等等都可以进行动画设置。设置动画的基本方式非常简单。可以设置任何对象变换参数的动画,随着时间改变其位置、旋转和缩放。启用“自动关键点”按钮,然后移动时间滑块,在此状态下,在视口中所作的对选定对象的更改将创建为动画。动画可以应用于整个 3Dmax 的工作流程中,用户可以设置对象位置、旋转和缩放的动画,以及影响对象形状和曲面的任何参数设置的动画,还可以使用正向和反向运动学链接层次动画对象,并且可以在轨迹视图中编辑动画 3。4.2 制作装配动画(1)打开 3Dmax 软件,创建一个新的场景。在视图区点击“时间设置”按钮,在弹出的时间对话框中帧速率选项卡下选择“PAL” (25 帧/秒) ,时间显示选项卡下选择“帧” ,播放选项卡下选择“实时” ,速度为“1” ,动画选项卡下,长度4000。(2)合并创建的模型:点击菜单栏中“文件”“导入”“合并” ,在弹出的对话框中选择已保存的文件,确定后,所选择的模型就合并到当前场景中了。(3)在前视图中创建一个摄影机,选择目标摄影机。(4)火焰筒外层动作设置:使用对齐命令,使火焰筒外层与燃烧室壳体同心,此时火焰筒外层离燃烧室壳体有一定距离,点击“切换自动关键点模式”按钮,此时当前选中的视图出现红色边框,将时间滑块移动到设定好的帧上,然后点击“设置关键点”按钮,记录一下火焰筒外层的起始位置,把时间滑块移动下一个设定帧,21把火焰筒外层沿轴线方向移动到燃烧室壳体内部合适的位置,此时完成火焰筒外层由远处运动到燃烧室内部的动画制作。(5)火焰筒外层固定螺钉动作设置:做法请参考上一步,由于固定螺钉比较多,需要单个进行设置。燃烧室的分区如图 4-1 所示。图 4-1 燃烧室的分区4.3 粒子效果动画(1)打开 Create(创建)-Geometry(几何体)-Particle System(粒子系统),单击 PF Source 按钮,在顶视图中拖动鼠标随意建立一个粒子流发射源图标。如图4-2 所示。图 4-2 粒子效果设置对话框(2)打开 Create(创建)-Geometry(几何体),单击 Box,在顶视图建立一个22长方体,将其命名为“发射器_Box” ,设置其宽度为 600mm,长度和高度为 30mm,宽度分段数为 30,长度和高度分段数均为 1。如图 4-3 所示。图 4-3 粒子大小设置对话框(3)为“发射器_Box”添加一个 Mesh Select 修改器。进入 Vertex 模式,选择矩形一条长边上的所有顶点,然后退出 Mesh Select 修改器。23图 4-4 发射器设置对话框(4)进入粒子视图(快捷键 6) ,选择 Event01,改名为“文字产生_Event” ,在 Position Icon01 处单击右键-删掉。24图 4-5 粒子视图对话框(5)找到 Position Object,点击并拖动到图中位置,在 By List 里选择发射器_BOX, 然后选择下面的“Selected Vertices” ,也就是以物体“发射器_Box”中选中的那些顶点作为粒子发射源。(6)在下面菜单中找到 position object 替换 position icon,在视图中创建一个球体在 position object 中选择 add,添加进去,就可以看到粒子是从球体发射出去了 13。图 4-6 粒子视图对话框25图 4-7 粒子视图对话框4.4 渲染输出视频动画3dmax 渲染 3dmax 渲染是现在的一种新兴技术,简单的说,就是在 3D 模矩上贴上卡通的纹理贴图,这样看起来 3D 就不会显得太生硬,即有卡通的造型,又可 3D全范围观看。3dmax 渲染可以通过两种途径实现游戏中的渲染效果。渲染效果在关卡设计过程中由设计人员灵活实现。在完成动画的编辑后,最后一步就是渲染输出了,具体操作如下:点击菜单栏中的“渲染”“渲染设置” ,在弹出的渲染设置对话框中设置参数如图 4-9 所示,在公用选项卡中的公用参数展卷栏里设置好时间输出,要渲染的区域,输出大小,在渲染输出项里命名渲染出的文件,后缀为.avi,其他设置默认,然后点击渲染,得到最后的视频 14。26图 4-8 粒子效果设置对话框图 4-9 渲染设置对话框27第 5 章 结论通 过 三 维 建 模 方 法 , 创 建 燃 烧 室 各 零 部 件 的 模 型 , 能 清 晰 直 观 的 观 察 各 部 件的 结 构 特 点 。 利 用 透 视 图 , 从 内 部 观 察 , 能 看 到 书 本 中 看 不 到 或 不 易 看 到 的 内 部结 构 特 点 。在 使 用 3Dmax 软 件 进 行 零 部 件 建 模 的 过 程 中 , 学 习 了 几 何 体 建 模 、 放 样 建模 、 多 边 形 建 模 等 建 模 方 法 。 在 建 模 过 程 中 详 细 、 深 入 的 了 解 了 发 动 机 燃 烧 室 各零 部 件 的 构 造 特 点 和 安 装 配 合 , 比 如 了 解 了 气 膜 冷 却 具 体 工 作 流 程 。借 助 3Dmax 软 件 的 动 画 功 能 , 制 作 燃 烧 室 内 部 展 示 动 画 。 通 过 对 内 部 结 构的 展 示 , 能 形 象 的 观 察 到 在 实 物 中 才 能 观 察 的 结 构 , 对 日 常 的 教 学 有 很 好 的 帮助 。论 文 从 燃 烧 室 的 建 模 到 内 部 结 构 的 动 画 展 示 , 都 做 了 详 细 的 介 绍 , 读 者 无 论是 在 研 究 单 管 燃 烧 室 内 部 结 构 还 是 学 习 使 用 3Dmax 软 件 都 有 一 定 的 参 考 价 值 。论文中也存在许多不足之处,比如在做燃烧室壳体建模时过多的使用了布尔命令开孔,使得软件经常出错;在建模时没能很好的安排端面分段,使得模型的面数很多,最后在渲染过程中花费很多时间甚至导致软件崩溃。希望论文以后在开孔和模型的建立和优化等方面进行完善,使论文更加完整和对以后的教学等工作有更大的帮助。,航空发动机原理与构造课程开发-燃烧室,答 辩 人:XX,指导老师 :XX,专 业 :XX,院 系 :XX,目录,1,背景介绍,2,原理介绍,3,制作过程,4,动画演示,5,致谢,背景介绍,1,这里输入文字,燃烧室简介,燃烧室是燃气涡轮发动机的重要部件,位于压气机和涡轮之间。其功用是使高压空气与燃油混合,燃烧,将燃油的化学能转变为热能,形成高温高压的燃气,为在涡轮和喷管中膨胀创造条件。燃烧室是动力机械能源的发源地。,分管燃烧室,环管燃烧室,环形燃烧室,原理介绍,2,燃烧室工作原理,第一股由燃烧室头部经过旋流器进入,这股空气占总进气量的25%左右。其功用是与燃油混合,组成余气系数稍小于1的混合气进行燃烧。第二股由火焰筒侧壁上开的小孔及缝隙进入燃烧室,这股空气占总进气量的75%左右。其作用是降低空气的流速,进行补充燃烧;与燃气进行混合,降低燃气温度。同时这部分空气在火焰筒内壁上形成一个气膜,以冷却保护火焰筒。,燃烧室工作原理,燃烧室工作原理,当空气流过旋流器时,由轴向运动变成旋转运动,气流被惯性离心力甩向四周,使燃烧室中心部分空气稀薄,形成一个低压区,于是火焰筒四周的空气及后一部分高温燃气火焰筒中心的低压区倒流,形成回流。,制作过程,3,燃烧室主要部件,3D Max制作动态图,(1)打开Create(创建)-Geometry(几何体)-Particle System(粒子系统),单击PF Source按钮,在顶视图中拖动鼠标随意建立一个粒子流发射源图标。 (2)打开 Create(创建)-Geometry(几何体),单击Box,在顶视图建立一个长方体,将其命名为“发射器_Box”,设置其宽度为600mm,长度和高度为30mm,宽度分段数为30,长度和高度分段数均为1。,3D Max制作动态图,(3)为“发射器_Box”添加一个Mesh Select修改器。进入Vertex模式,选择矩形一条长边上的所有顶点,然后退出Mesh Select修改器。 (4)进入粒子视图(快捷键6),选择Event01,改名为“文字产生_Event”,在Position Icon01处单击右键-删掉。 (5)找到Position Object,点击并拖动到图中位置,在By List里选择发射器_BOX, 然后选择下面的“Selected Vertices”,也就是以物体“发射器_Box”中选中的那些顶点作为粒子发射源。 (6)在下面菜单中找到position object替换position icon,在视图中创建一个球体在position object中选择add,添加进去,就可以看到粒子是从球体发射出去了。在完成动画的编辑后,最后一步就是渲染输出了,具体操作如下:点击菜单栏中的“渲染”“渲染设置”,在弹出的渲染设置对话框中设置参数如图4-9所示,在公用选项卡中的公用参数展卷栏里设置好时间输出,要渲染的区域,输出大小,在渲染输出项里命名渲染出的文件,后缀为.avi,其他设置默认,然后点击渲染,得到最后的视频14。,动态演示,4,燃烧室工作原理仿真动态演示,致谢,5,谢谢!,PPT模板下载:www.1ppt.com/moban/ 行业PPT模板:www.1ppt.com/hangye/ 节日PPT模板:www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下载:www.1ppt.com/sucai/ PPT背景图片:www.1ppt.com/beijing/ PPT图表下载:www.1ppt.com/tubiao/ 优秀PPT下载:www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程: www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程: www.1ppt.com/word/ Excel教程:www.1ppt.com/excel/ 资料下载:www.1ppt.com/ziliao/ PPT课件下载:www.1ppt.com/kejian/ 范文下载:www.1ppt.com/fanwen/ 试卷下载:www.1ppt.com/shiti/ 教案下载:www.1ppt.com/jiaoan/ PPT论坛:www.1ppt.cn,感谢XX老师对本论文的指导,请各位老师批评指正,感谢答辩小组老师的聆听,
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