制作航空发动机或燃气轮机的动态演示模型是一个综合性的工程，涉及机械设计、加工工艺、电子控制和美学处理等多个领域。以下是分步骤的详细指南，涵盖从设计到落地的全流程：
三维建模
使用SolidWorks/CATIA进行参数化设计，重点保留压气机叶片、燃烧室、涡轮段的拓扑关系，建议将静子叶片（Stator Vanes）与转子叶片（Rotating Blades）的间隙控制在0.5mm以内以保证动态运转时无干涉。
对高温部件（如涡轮段）进行热膨胀补偿设计，例如通过预留镍基合金的膨胀系数（约13×10⁻⁶/℃）调整冷态装配间隙。
工程图纸
标注关键尺寸的公差：叶尖间隙建议±0.05mm，轴系跳动量需≤0.02mm。
对需要电火花加工（EDM）的复杂冷却孔道单独出电极图纸，注明Ra 1.6的表面粗糙度要求。
五轴精雕机加工
叶片加工采用7075-T6航空铝，使用直径2mm的硬质合金球头刀，步距0.1mm，主轴转速18,000rpm，配合高压气冷避免材料热变形。
涡轮盘榫槽加工需采用侧铣策略，推荐Sandvik CoroMill® 316专用刀具，轴向切深0.3mm以保证根部R角精度。
手工精修
用瑞士BERNA文件组对叶片进排气边缘进行手工抛光，达到镜面效果（Ra 0.4）。
使用三坐标测量机（CMM）抽检叶片型线，偏差超过0.03mm的部件需手工修正。
传动系统
选用NSK 7005C角接触轴承支撑主轴，预紧力设定在15N以确保轴向刚度。
行星齿轮减速箱速比建议15:1，搭配400W松下伺服电机（型号MHMJ042G1U），实现涡轮段50-200rpm的无级调速。
气路仿真
在压气机出口安装0-2Bar的Honeywell压力传感器，配合Arduino Mega采集数据，验证级间压力变化是否符合CFD模拟结果。
硬件架构
驱动板：TI DRV8323三相无刷驱动IC，峰值电流20A
人机界面：7寸威纶通触摸屏，Modbus RTU协议
主控采用STM32H743，通过CAN总线与各子系统通信：
振动监测：ADXL357加速度计，采样率4kHz，用于叶片动平衡分析
高温区域涂装
涡轮叶片先喷涂0.1mm厚度的Al₂O₃-YSZ热障涂层（等离子喷涂参数：电流500A，Ar/H₂流量45/10 L/min）。
后喷田宫TS-79烧铁色底漆+透明橙渐变，模拟800℃热斑效果。
电路走线隐藏
在机匣内部铣出2mm宽×1.5mm深的线槽，用高温硅胶固定镀银特氟龙导线（耐温200℃）。
动平衡校正在主轴两端安装激光对中仪，通过去重法将振动值控制在ISO 1940 G2.5等级（残余不平衡量≤0.5g·mm/kg）。
流体可视化在压气机入口注入舞台烟雾，用2000fps高速摄影机捕捉流场，验证叶片攻角设计是否产生分离涡。
| 阶段 | 耗时（天） | 主要成本（万元） |
|---|---|---|
| 设计与仿真 | 15-20 | 3-5（软件授权） |
| 精密加工 | 30-45 | 8-12（材料+CNC） |
| 控制系统开发 | 10-15 | 1.5-2（电子元件） |
| 表面处理与总装 | 7-10 | 0.8-1.2 |
钛合金部件需在氩气环境中焊接以防氧化
高速旋转件必须进行FEA模态分析，避开100-400Hz的共振区间
使用Loctite 648厌氧胶固定轴承，固化扭矩≥15N·m
通过这种工程化的制作流程，可确保模型不仅具有展览级的视觉效果，更能真实复现燃气轮机的工作原理。建议制作1:5比例的演示模型，兼顾细节展示与成本控制。
