航空發(fā)動機原理與構(gòu)造課程開發(fā)--燃燒室

航空發(fā)動機原理與構(gòu)造課程開發(fā)--燃燒室,航空發(fā)動機,原理,構(gòu)造,課程,開發(fā),燃燒室 航空發(fā)動機原理與構(gòu)造課程開發(fā)--燃燒室Development of Aircraft Principle and Structure Course -- Combustor摘 要基于發(fā)動機 ATM 和 AMM 手冊，本文利用 3Dmax 軟件對燃燒室及其各附件進(jìn)行建模，并用動畫展示燃燒室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括：利用 3Dmax 軟件完成燃燒室殼體（擴(kuò)壓機匣） ，火焰筒外層、內(nèi)層，旋流器，擴(kuò)張段和連焰管等部件的建模；把已經(jīng)做好的模型合并到一個場景中，給每個模型設(shè)置好相應(yīng)的動作，相應(yīng)的時間，利用3Dmax 軟件的動畫功能生成視頻文件來實現(xiàn)燃燒室的原理的展示。所用的建模方法有：幾何體建模，放樣建模，多邊形建模等。利用 3Dmax 軟件進(jìn)行的燃燒室部件建模和動畫顯示過程，能夠比較真實地再現(xiàn)燃燒室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展示直觀清晰，不失為學(xué)習(xí)和研究發(fā)動機燃燒室內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種好方法。關(guān)鍵詞：燃燒室；動畫展示；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 it’s a good way to study the internal structure of engine combustion chamber.Key words： Combustion Chamber; Animation; 3DmaxI目 錄第 1 章 緒論 11.1 課題背景 11.2 燃燒室簡介 2第 2 章 概述 32.1 燃燒室的基本類型 32.1.1 分管燃燒室 42.1.2 環(huán)管燃燒室 52.1.3 環(huán)形燃燒室 62.2 3D max 軟件介紹 .7第 3 章 燃燒室各部件建模 93.1 燃燒室殼體建模 93.1.1 在視圖中插入背景圖片 93.1.2 繪制燃燒室殼體的剖面線 93.1.3 燃燒室實體造型 103.2 火焰筒建模 163.2.1 火焰筒外層建模 163.3.2 擴(kuò)壓器建模 18第 4 章 動畫制作 204.1 動畫的概念 204.2 制作裝配動畫 204.3 粒子效果動畫 214.4 渲染輸出視頻動畫 25第 5 章 結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28致 謝 29附錄：外文翻譯資料 301第 1 章 緒論1.1 課題背景航空發(fā)動機既是飛機的“心臟” ，又是推動飛機快速發(fā)展的原動力。人類在航空領(lǐng)域中的每一次重大的革命性進(jìn)展，無不與航空發(fā)動機技術(shù)的突破和進(jìn)步密切相關(guān)。而發(fā)動機發(fā)展過程中的每一次突破，又是采用了當(dāng)時科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)與航空發(fā)動機有關(guān)領(lǐng)域中所取得的最新成果而獲得的。航空發(fā)動機的研制水平，充分體現(xiàn)了一個國家的工業(yè)基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)實力和科技水平等綜合實力。1903 年，美國人萊特兄弟制造出一架裝有兩個推進(jìn)式螺旋槳的雙翼飛機，這架飛機采用了有他們自制的的功率約 9 千瓦（12 馬力）的活塞式發(fā)動機。雖然今天看來，這臺發(fā)動機的性能并不先進(jìn)，但它卻是世界上第一臺能上天的航空發(fā)動機?；钊桨l(fā)動機具有耗油低、成本低、工作可靠等特點，在噴氣式發(fā)動機發(fā)明之前的近半個世紀(jì)內(nèi)，是唯一可用的航空飛行器的動力。在萊特兄弟首次飛行后的 40 多年，活塞式發(fā)動機的功率從 9 千瓦（12 馬力）增加到 2237 千瓦（3045 馬力） ，增加了250 多倍，并使飛機飛行速度超過 700 千米/小時，飛行高度超過 10000 米。由于發(fā)動機功率與飛機飛行速度的三次方成正比，隨著飛行速度的提高，要求發(fā)動機功率大大增加，使其重量也隨之迅速增加，另一方面，在接近聲速時，螺旋槳的效率會急劇下降，也限制了飛行速度的提高。要進(jìn)一步提高飛行速度，尤其要達(dá)到或超過聲速，必須采用新的動力裝置。噴氣式發(fā)動機可以產(chǎn)生很大的推力，而自身重量又較輕，從而大大的提高了飛機的飛行速度。世界上第一家以噴氣發(fā)動機為動力的德國亨克爾 He178 飛機在 1939年首次試飛時就達(dá)到了 700.37 公里/小時的飛行速度，已接近活塞發(fā)動機的極限速度，宣告了一個新的航空時代的到來。二戰(zhàn)結(jié)束后，隨著工業(yè)技術(shù)水平的提高和冷卻的需要，美、俄（前蘇聯(lián)） 、英、法等國家紛紛研制發(fā)展噴氣式飛機，首先用于戰(zhàn)斗機上，隨后用于轟炸機、運輸機和民航客機上，引發(fā)了一場航空工業(yè)的“噴氣革命” 。進(jìn)過半個多世紀(jì)飛發(fā)展，噴氣發(fā)動機的推力已經(jīng)由最初的 200~300 千克增加到54620 千克，幾乎增加了二百多倍，耗油率由大于 0.1 千克/（牛·小時）降到0.0035 千克/（?！ばr） ，降低了約 2/3，發(fā)動推重比小于 1.0 增加到 10，增加了10 余倍，發(fā)動機的壽命由最初的幾小時增加到 2~3 萬小時，增加了近萬倍，而且發(fā)展出渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、槳扇等不同用途和性能的發(fā)動機。正是由于航空動力技術(shù)的發(fā)展，飛機飛行速度才突破了聲障，實現(xiàn)了超音速飛行，并實現(xiàn)了寬體民用客機的不著陸越洋飛行，從而推動了整個航空技術(shù)的進(jìn)步 [1]。21.2 燃燒室簡介燃燒室位于壓氣機和渦輪之間，其功用是使高壓空氣與燃油混合、燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，形成高溫高壓的燃?xì)?。燃燒室是發(fā)動機的重要部件之一，發(fā)動機的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和壽命在很大程度上取決于燃燒室的可靠性和燃燒的有效程度 [2]。燃燒室工作的好壞，將直接影響發(fā)動機的工作與性能，根據(jù)燃燒室的功用，對其基本的性能要求是：點火可靠、燃燒穩(wěn)定、燃燒完全、總壓損失小、尺寸小、出口溫度分布滿足要求、排氣污染小。點火可靠就是在一定的外界條件下能保證可靠點火，即能在地面和空中可靠的點火。燃燒室在點燃之后，必須在規(guī)定的全部飛行高度和速度范圍內(nèi)都能保證燃燒穩(wěn)定而不被吹滅。燃油燃燒時，絕大部分燃油通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，提高了燃?xì)饪傡剩灿幸徊糠謥聿患叭紵碗S著燃?xì)饬鞒鋈紵遥瑸榱撕饬咳紵耆潭龋Ｓ萌紵屎腿紵耆禂?shù)來表示。由于氣體流過燃燒室并在燃燒室中噴入燃油燃燒，不可避免會使氣流總壓下降。這將使燃?xì)庠跍u輪和噴灌內(nèi)膨脹做功的能力減小，影響了發(fā)動機的推力和經(jīng)濟(jì)性。所以應(yīng)力求較小氣流在燃燒室中的總壓損失。為了提高發(fā)動機的推重比，縮短燃燒室的長度，不但可以減輕燃燒室的重量，也可以縮短壓氣機和渦輪之間的距離，從而可以減輕機匣和轉(zhuǎn)子的重量。減小燃燒室的直徑可以減小發(fā)動機的迎風(fēng)面積，提高發(fā)動機的迎面推力。除點火過程外,火焰不得伸出燃燒室。出口溫度場均勻，在出口環(huán)腔內(nèi)最高溫度與平均溫度之差不得超過 100－120℃。在徑向上：靠近渦輪葉片葉尖和葉根處的溫度應(yīng)低一些, 而在距葉尖大約三分之一處溫度最高。在航空發(fā)動機中, 燃燒室在高溫情況下工作, 條件十分惡劣, 往往需要經(jīng)常檢修或更換零件,合理地組織燃燒和冷卻, 或采用高性能耐熱材料等,以提高燃燒室的壽命。3第 2 章 概述燃燒室的工作條件十分惡劣。燃燒過程是在高速氣流和貧油混合氣中進(jìn)行，燃燒室的零件是在高溫、高負(fù)荷下工作，局部溫度高達(dá) 3000K 以上，承受著由氣體力、慣性力產(chǎn)生的靜載荷和振動負(fù)荷，還受到熱應(yīng)力和熱腐蝕的作用。燃燒室殼體和擴(kuò)壓器是發(fā)動機的主要承力件。三維動畫軟件在計算機中首先建立一個虛擬的世界，設(shè)計者在這個虛擬的三維世界中按照要表現(xiàn)的對象的形狀尺寸建立模型及場景，再根據(jù)要求設(shè)定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其它動畫參數(shù)。當(dāng)這一切完成后就可以讓計算機自動運算，生成最后的視頻動畫。三維動畫技術(shù)模擬真實物體的方式使其成為一個有用的工具。由于其精確性、真實性和無限的可操作性，目前被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、教育、軍事、娛樂等諸多領(lǐng)域。借助三維動畫技術(shù)模擬燃燒室裝配，展示燃燒室內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能彌補書本中圖片不易觀察的缺點，是學(xué)習(xí)燃燒室內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個不錯的方法。2.1 燃燒室的基本類型圖 2-1 三種基本結(jié)構(gòu)形式的燃燒室4日前，燃燒室的形式雖然很多．但是，為了滿足燃燒室的基本功能，都采用了擴(kuò)壓減速、空氣分級、反問回流、非均勻混合氣成分等基本措施。在燃燒室條件非常惡劣的情況下，在燃燒室局部區(qū)域造成低流速和略微富油的優(yōu)勢環(huán)境，再利用一股氣流進(jìn)行補燃和降溫，以保證燃燒穩(wěn)定、完全和對出口溫度的要求。在結(jié)構(gòu)上，為了保證上述基本措施的實現(xiàn)，燃燒室都是由進(jìn)氣裝置(擴(kuò)壓器)、殼體、火焰簡、噴嘴和點火器等基本構(gòu)件組成。根據(jù)主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式的不同．燃燒室有分管(單管)、環(huán)管和環(huán)形三種基本類型，如圖 2-1 所示。圖 2-2 分管燃燒室2.1.1 分管燃燒室圖 2-2 是分管燃燒室，分管燃燒室的結(jié)構(gòu)特點是：燃燒室由若干個(6-16 個)單管燃燒室組成，每—個單管燃燒室由一個管形火焰簡及其外圍單獨的外殼構(gòu)成、沿發(fā)動機圓周均勻地分布，各單管燃燒室之間用傳焰管聯(lián)通，傳播火焰和均衡壓力。圖 2-3 是典型的單管燃燒室。5圖 2-3 單管燃燒室殼體和火焰筒頭部之間構(gòu)成擴(kuò)壓通道，用來降低流速，提高壓力，保證燃燒順利進(jìn)行和減小壓力損失。火焰筒是一個在側(cè)壁面上開有多排直徑大小不同形狀各異的孔及縫的薄壁金屬結(jié)構(gòu)，燃燒在其內(nèi)部進(jìn)行，保證燃燒充分、摻混均勻并使壁面得到冷卻。聯(lián)焰管起著傳播火焰的作用，點燃沒有點火裝置的火焰筒內(nèi)的混合氣，并起著均衡壓力的作用。噴油嘴用來供油，并使燃油霧化或氣化，以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，有利于穩(wěn)定燃燒。旋流器使進(jìn)氣在葉片的引導(dǎo)下旋轉(zhuǎn)，形成回流區(qū)，保證火焰穩(wěn)定。點火裝置能產(chǎn)生高能火花，點燃混合氣。分管燃燒室的優(yōu)點是試驗和修正比較容易，不需要龐大的實驗設(shè)備；維修檢查和更換比較方便，不需要分解整臺發(fā)動機；從發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)安排上看，與離心式壓氣機的配合比較協(xié)調(diào)。因而在早期的發(fā)動機上得到廣泛的應(yīng)用。2.1.2 環(huán)管燃燒室環(huán)管燃燒室又稱為聯(lián)管燃燒室，多用于軸流式壓氣機的發(fā)動機上。環(huán)管燃燒室是由若干個單獨的管型火焰筒沿周向均勻排列在內(nèi)、外殼體之間形成的環(huán)形腔里，相鄰火焰筒之間用聯(lián)焰管連接。在每個火焰筒前安裝有旋流器、噴嘴，通常只在兩個火焰筒上裝有點火裝置。6聯(lián)焰管主要作用是為分管燃燒室和環(huán)管燃燒室傳播火焰以及均衡各火焰筒的壓力。聯(lián)焰管的軸向位置，應(yīng)設(shè)在回流區(qū)直徑最大的地方，因為該處容易點火。聯(lián)焰管的直徑足夠大，如果直徑太小，則火焰難以通過，尤其是在高空低壓的條件下。但聯(lián)焰管直徑也不宜太大，因為聯(lián)焰管橫貫于第二股氣流通道之中，大聯(lián)焰管下游將產(chǎn)生強烈的渦流，影響下流火焰筒壁面的冷卻。環(huán)管燃燒室的優(yōu)點是迎風(fēng)面積小；出口燃?xì)鉁囟?、壓力比較均勻；安排合理，檢修容易。缺點是重量大，高空起動性能差。圖 2-4 是貝斯發(fā)動機的環(huán)管燃燒室。圖 2-4 貝斯發(fā)動機的環(huán)管燃燒室2.1.3 環(huán)形燃燒室圖 2-5 是環(huán)形燃燒室的構(gòu)造圖。根據(jù)氣體在燃燒室內(nèi)流動的情況，環(huán)形燃燒室可分為直流環(huán)形燃燒室、回流環(huán)形燃燒室和折流環(huán)形燃燒室三種。環(huán)形燃燒室由四個同心圓組成，最內(nèi)、最外的兩個圓筒為燃燒室的內(nèi)、外殼體，7中間兩個圓筒為火焰筒，在火焰筒的頭部裝有一圈旋流器和噴油嘴。環(huán)形燃燒室多用于軸流式壓氣機的發(fā)動機，由于其結(jié)構(gòu)最緊湊，性能比較好，近來很多發(fā)動機都采用環(huán)形燃燒室。我國民用航空飛機上所用的JT9D、CFM56、PW4000、RB211 等發(fā)動機都是這種燃燒室 [3]。圖 2-5 環(huán)形燃燒室2.2 3D max軟件介紹3D Studio Max，常簡稱為 3ds Max 或 MAX，是 Autodesk 公司開發(fā)的基于 PC 系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件。在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點對 3ds MAX 的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對來說要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡單的動畫；片頭動畫和視頻游戲應(yīng)用中動畫占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓赢嫷囊笠咭恍?；影視特效方面的?yīng)用則把 3ds MAX 的功能發(fā)揮到了極至。8石墨(Graphite)建模工具：提供數(shù)量龐大的新的工具, 使用者可以自由地設(shè)計和制作復(fù)雜的多邊形模型。除了建模與貼圖工具外,石墨工具包包括一些全新的工具，包括：用各種筆刷來做雕塑，快速重新拓普，顆粒的多邊形編輯，將 transforms 鎖定到任意表面，自由地產(chǎn)生頂點，智慧選取，快速產(chǎn)生表面與形狀等。x View 網(wǎng)格分析工具：在輸出/渲染前就能先驗證設(shè)計者的 3D 模型。能夠以交互式的方式查看模型可能出現(xiàn)的問題，幫助設(shè)計者做出關(guān)鍵的決定。這一重要的新工具可更有效率地測試模型與貼圖。 增強的預(yù)覽功能：Review 3 讓設(shè)計者不用花大量時間在測試算圖參數(shù)上。它支持 AO(ambient occlusion，環(huán)境光遮蔽)，高動態(tài)范圍圖像（HDRI） ，硬件反鋸齒，互動方式的曝光控制調(diào)整。容器（Containers）：讓使用者能把多個對象放在同一個 Containers 當(dāng)中, 如此能靈活地管理工作流程。打開 Containers 會暴露內(nèi)容，而關(guān)閉 Containers 會強化數(shù)據(jù)?？梢赃x擇性的不加載某個 Containers，如此可以有效管理復(fù)雜的場景。這樣的工作流程，可以節(jié)省內(nèi)存，提高效能和減少加載時間。Container nodes 可以被轉(zhuǎn)換，刪除，復(fù)制，或保存。多個 Containers 可以參照到單一場景, 讓團(tuán)隊可以協(xié)通工作。容器也可以設(shè)定權(quán)限, 讓特定的員工能夠編輯管理容器內(nèi)的物體。3DS MAX 有非常好的性能價格比，它所提供的強大的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它自身低廉的價格，一般的制作公司就可以承受的起，這樣就可以使作品的制作成本大大降低，而且它對硬件系統(tǒng)的要求相對來說也很低，一般普通的配置已經(jīng)就可以滿足學(xué)習(xí)的需要了。9第 3 章 燃燒室各部件建模3.1 燃燒室殼體建模3.1.1 在視圖中插入背景圖片（1）在開始做之前設(shè)置好自動備份，打開 3Dmax 軟件，點擊菜單欄中的“自定義”——“首選項” ，彈出首選項設(shè)置對話框，選擇文件選項卡，在自動備份子選項卡中選中“啟用” ，設(shè)置好自動保存的文件數(shù)和備份間隔，確定后完成設(shè)置。（2）開始插入背景。點擊菜單欄里的“視圖”——“視口背景”——“視口背景” ，彈出“視口背景”對話框，如圖 3-1 所示：圖 3-1 視口背景對話框（3）點擊視口背景對話框中背景源選項卡下的“文件”按鈕，在彈出對話框中選擇需要插入的圖片，此時背景源選項卡下的“當(dāng)前”后面出現(xiàn)圖片路徑，接下來在縱橫比選項卡中選擇“匹配位圖” ，在其右側(cè)選中“顯示背景”和“鎖定縮放/平移” ，完成背景圖片的插入，如圖 3-2 所示。3.1.2 繪制燃燒室殼體的剖面線（1）選中前視圖，點屏幕右下角的“最大化視圖切換” ，將視圖切換到最大化。10圖 3-2 插入圖片做背景（2）點擊命令面板 “創(chuàng)建”——“圖形”——“線” ，選擇“線”的參數(shù)，在創(chuàng)建方法選項卡中初始類型選擇“角點” ，拖動類型選擇“Bezier” ，如圖 3-3 所示，開始參照背景圖繪制燃燒室殼體剖面線，點擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束繪制，將該線條命名為“燃燒室殼體” 。圖 3-3 線的參數(shù)設(shè)置（3）粗略的繪制完成剖面線后，在命令面板中點擊“修改” ，選擇“頂點”級別 ，此時繪制的燃燒室殼體線的頂點顯示為小黃點，選中要修改的頂點，點擊工具欄中的“選擇并移動”按鈕，移動頂點的位置來調(diào)節(jié)線條的形狀。（4）需要插入頂點時，使用命令面板中幾何體選項卡下的“插入”命令，左鍵點擊要插入頂點的地方，再次點擊左鍵確認(rèn)，點擊右鍵結(jié)束此處的插入。選中要刪除的頂點，用“Delete”按鈕刪除。（5）調(diào)整好各頂點的位置后，選中需要倒角的拐角處頂點，利用命令面板中幾何體選項卡下的“圓角”命令，輸入圓角半徑，回車即可。3.1.3 燃燒室實體造型（1）選中上述步驟（5）中繪制好的燃燒室剖面線，使用工具欄中的鏡像命令。11將其參數(shù)設(shè)置為：鏡像軸 Y 軸；偏移 389；克隆 復(fù)制。確定后鏡像出一個剖面線。（2）選中兩個剖面線（此時坐標(biāo)中心位于兩者中間的鏡像軸位置） ，點擊命令面板中 “修改” ，在修改器下拉菜單中選擇“車削”命令（此時會出現(xiàn)兩個實體，刪除一個即可） ，參數(shù)設(shè)置為：度數(shù) 360°；焊接內(nèi)核；分段 36（段數(shù)越多，車削后越平滑） ；方向選擇 X 軸；對齊選擇 中心。其他參數(shù)保持默認(rèn)。（3）在修改器列表下添加“網(wǎng)格平滑”修改器，使車削的實體表面平滑，得到實體如圖 3-4 所示：圖 3-4 燃燒室殼體（4）制作擴(kuò)壓器支柱：在左視圖中繪制出擴(kuò)壓器支柱的草圖，調(diào)整頂點到合適的位置，在拐角處添加倒角，完成之后，在修改器列表下選擇“擠出”命令，參數(shù)為，數(shù)量 5，分段 1，其他參數(shù)保持默認(rèn)，得到實體 line04。（5）選中實體 line04，按住“Shift”鍵拖動，復(fù)制出一個相同的實體line05，再合適的位置創(chuàng)建一個長方體 box02，把這三者組合到一起得到擴(kuò)壓器支柱實體，如圖 3-5 所示：12圖 3-5 擴(kuò)壓器支柱（6）在左視圖中創(chuàng)建一個圓 Circle01，點擊工具欄上的“對齊” ，再點擊燃燒室殼體，在彈出的對話框中的對齊位置選項卡下選中“X 位置” 、 “Y 位置” 、 “Z 位置”，在當(dāng)前對象和目標(biāo)對象選項卡中選擇“中心” ，此時圓 Circle01 和燃燒室殼體同心。（7）把擴(kuò)壓器支柱移動到燃燒室殼體的合適位置，在擴(kuò)壓器支柱處于選中的情況下，點擊工具欄上的“參考坐標(biāo)系”按鈕，選擇“拾取” ，然后選中圓Circle01，點擊工具欄的“使用軸點坐標(biāo)” ，將其切換為“使用變換坐標(biāo)中心” 。這時擴(kuò)壓器支柱的坐標(biāo)中心和圓 Circle01 的坐標(biāo)中心一致，完成坐標(biāo)中心轉(zhuǎn)換。（8）選中擴(kuò)壓器支柱，點擊“工具”——“陣列” ，其參數(shù)設(shè)置如圖 3-6 所示，單擊確定后得到圖 3-7。圖 3-6 陣列參數(shù)設(shè)置13圖 3-7 陣列后效果（9）制作燃油噴嘴安裝孔：在左視圖中創(chuàng)建一個圓柱體，半徑 9，高度 40，邊數(shù) 24，使用工具欄中的“選擇并移動”和“選擇并旋轉(zhuǎn)”命令，把圓柱體調(diào)整到燃燒室殼體的合適位置（在左視圖中觀察，圓柱體處于相鄰擴(kuò)壓器隔板正中位置） ，重復(fù)上述的（7） 、 （8） ，陣列出一圈的圓柱體。點擊工具欄中的“按名稱選擇”按鈕，在彈出的對話框中選擇所有的圓柱體，點擊鼠標(biāo)右鍵，將其轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形。在命令面板中的編輯幾何體選項卡下，點擊 “附加列表” ，再次選中所有的圓柱體，將所有的圓柱體成為一個實體。選中燃燒室殼體，點擊“創(chuàng)建”——“幾何體”——“復(fù)合對象” ，選擇“布爾”命令，在拾取布爾選項卡下，選中“移動” ，操作選項卡下選中“差集（A-B） ”。點擊“拾取對象 B”拾取圓柱體，布爾運算完成后燃油噴嘴孔就挖完了。 （注意：由于 3Dmax 軟件的布爾運算穩(wěn)定性不高，所以每次做完布爾運算后將實體轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形，以減少出錯。在以后的步驟中不再贅述。 ）（10）制作軸承冷卻孔：在左視圖中創(chuàng)建一個圓柱體，半徑 13，高度 20，邊數(shù)24，把圓柱體調(diào)整到燃燒室殼體的合適位置（參考手冊中燃燒室圖片上的具體位置而調(diào)整） ，重復(fù)步驟（7） ，把步驟（8）中的數(shù)量改為 12 后重復(fù)操作此步驟，參考手冊圖片，刪除多余的 3 個圓柱體，將剩下的圓柱體附加成一個整體，使用布爾命令14的差集運算，開出軸承冷卻孔。（11）制作火焰筒外層固定孔：在左視圖中創(chuàng)建一個圓柱體，半徑是 4，高度20，邊數(shù) 24，把圓柱體調(diào)整到燃燒室的合適位置，重重復(fù)步驟（7） ，把步驟（8）中的數(shù)量改為 12 后重復(fù)操作此步驟，將陣列的圓柱體附加成一個整體，用布爾命令的差集運算，開出火焰筒外層固定孔。完成后如圖 3-8 所示：圖 3-8 開完孔后的燃燒室外殼（12）制作火焰筒外層安裝凸臺：在前視圖中創(chuàng)建一個管狀體，半徑 1 為 7，半徑 2 為 4，高度為 5，邊數(shù) 18。制作噴油嘴安裝凸臺：在左視圖中創(chuàng)建一個三角形，使用倒角命令做出半徑為 4 的倒角，添加擠出命令，數(shù)量為 5，使用布爾命令差集運算在 3 個角上都挖出半徑為 2 的螺栓孔，在正中間挖出半徑為 9 的孔。制作軸承冷卻孔凸臺：在前視圖中創(chuàng)建一個半徑 1 為 18，半徑 2 為 13，高度為 5，邊數(shù)為 18 的管狀體，再創(chuàng)建 6 個半徑為 4 的圓柱體，把圓柱體均勻分布在管狀體的四周形成 6 個凸耳，使用布爾命令的并集運算把管狀體和圓柱體合并成一個整體，然后再利用布爾命令的差集運算分別在 6 個凸耳上挖出半徑為 2 的螺栓孔。（13）添加凸臺：重復(fù)步驟（7） 、 （8） ，使用陣列命令陣列出 12 個火焰筒內(nèi)層15安裝凸臺，24 個噴油嘴安裝凸臺，9 個軸承冷卻孔凸臺，將三種凸臺依次添加到燃燒室殼體上，如圖 3-9 所示：圖 3-9 添加完凸臺后的燃燒室殼體（14）制作并添加火花塞安裝凸臺：利用布爾命令的差集運算在燃燒室的四點鐘方向挖出兩個半徑為 6 的火花塞孔，并在左視圖中創(chuàng)建一個管狀體 Tube01，半徑1 為 9，半徑 2 為 6，高度為 6，邊數(shù)為 18，復(fù)制一個對象，將兩個凸臺添加到燃燒室殼體上。（15）制作燃燒室殼體前端安裝孔：選中圓 Circle01，設(shè)置半徑為 220，將圓調(diào)整到合適的位置，并保持圓 Circle01 和燃燒室殼體同心，再創(chuàng)建一個圓柱體，半徑 3，高度-15（負(fù)數(shù)表示方向相反） ，邊數(shù) 18，在圓柱體處于選中情況下，點擊菜單欄中的“工具”——“對齊”——“間隔工具” ，在彈出的間隔工具對話框中，將參數(shù)設(shè)置為計數(shù) 108，前后關(guān)系選項卡中選中“中心” ，對象類型選項卡中選中“實例” ，然后點擊“拾取路徑” ，拾取圓 Circle01，單擊應(yīng)用確定間隔工具參數(shù)設(shè)置如圖 3-10 所示：。將所有圓柱附加成一個整體，對燃燒室殼體使用布爾差集運算，開出安裝孔。每次做完布爾運算后，將燃燒室轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形。16圖 3-10 間隔工具參數(shù)設(shè)置（16）制作燃燒室殼體其余安裝孔：重復(fù)步驟（15） ，在第二、三、四、五道安裝邊上分別開出 12、24、24、128 個孔。至此完成燃燒室殼體模型建立，結(jié)果如圖3-11 所示：圖 3-11 燃燒室殼體模型完成后效果3.2 火焰筒建模3.2.1 火焰筒外層建模（1）打開 3Dmax 軟件，在前視圖中插入背景圖片，背景圖片如圖 3-2。根據(jù)背17景圖片描繪出剖面輪廓線，將剖面輪廓線命名為“火焰筒外層” 。使用圓角，插入等命令調(diào)整好剖面輪廓線的形狀。（2）使用鏡像命令鏡像出一個剖面輪廓線，鏡像參數(shù)設(shè)置為，鏡像軸為“Y 軸”，偏移 450，克隆當(dāng)前選擇下選擇“復(fù)制” 。（3）選中兩個剖面輪廓線，添加車削命令（車削出兩個，刪除一個即可） ，車削方向是 X 軸，然后再添加平滑網(wǎng)格命令，得到實體如圖 3-12 所示：圖 3-12 火焰筒外層剖面輪廓線車削后效果（4）在左視圖中創(chuàng)建一個圓，半徑設(shè)置為 183，將其調(diào)整到火焰筒外層的合適位置，再創(chuàng)建一個圓柱體，半徑為 12，高度為 40，分段為 18，利用間隔工具，沿圓均勻生成 24 個圓柱體，把這 24 個圓柱體附加成一個整體，利用布爾命令的差集運算在火焰筒外層頂部開出 24 個孔。（5）制作火焰筒外層頂部安裝耳：在前視圖中創(chuàng)建一個三角形，調(diào)整頂點位置以達(dá)到合適的形狀，添加擠出命令，厚度為 5，得到實體，在頂視圖中創(chuàng)建一個管18狀體，半徑一為 4，半徑二為 2.5，高度為 5，邊數(shù)為 18，將三角形實體和圓柱體添加到一起后再添加網(wǎng)格平滑命令即可。（6）將火焰筒頂部安裝耳移動到合適的位置，使用間隔工具，沿頂部均勻生成12 個實體，將他們添加到火焰筒外層的頂部。（7）制作火花塞孔：配合燃燒室殼體上火花塞孔的位置，利用布爾命令的差集運算在火焰筒外層上開出半徑是 4 的兩個火花塞的孔。（8）制作摻混孔：根據(jù)維修手冊的火焰筒摻混孔分布情況，使用布爾命令的差集運算在火焰筒外層的側(cè)壁上開出摻混孔。（9）制作氣膜冷卻孔：使用布爾命令的差集運算在火焰筒外層的側(cè)壁的凸棱上開出氣膜冷卻孔。至此火焰筒外層模型做完，如圖 3-13 所示：圖 3-13 火焰筒外層模型完成后效果3.3.2 擴(kuò)壓器建模（1）打開 3Dmax 軟件，在前視圖中描繪出壓氣機出口封嚴(yán)環(huán)的剖面輪廓線，和導(dǎo)向葉片輪轂剖面輪廓線，調(diào)整頂點到合適的位置，使輪廓線接近真實圖形。（2）選中壓氣機出口封嚴(yán)環(huán)的剖面輪廓線，用鏡像命令，鏡像出一個剖面輪廓線，選中這兩個剖面輪廓線，添加車削命令，得到實體，再添加網(wǎng)格平滑命令，使19實體表面光滑。同樣步驟制作出導(dǎo)向葉片輪轂實體。（3）制作導(dǎo)向葉片：在頂視圖中畫出閉合曲線，調(diào)整頂點位置得到合適的形狀，添加擠出命令，擠出高度 19。（4）在左視圖中創(chuàng)建一個圓，用對齊命令使圓與導(dǎo)向葉片輪轂實體同心，選中導(dǎo)向葉片，把坐標(biāo)中心轉(zhuǎn)換到圓坐標(biāo)中心，使用陣列。圖 3-14 擴(kuò)壓器（5）開安裝孔：使用間隔工具和布爾命令，在導(dǎo)向葉片輪轂的安裝邊和壓氣機出口封嚴(yán)環(huán)的安裝邊上對應(yīng)著開出 12 個安裝孔，安裝孔直徑為 3。如圖 3-14 所示。20第 4 章 動畫制作4.1 動畫的概念現(xiàn)在，計算機動畫已經(jīng)大量地應(yīng)用于娛樂、廣告、科學(xué)和工程研究，以及培訓(xùn)和教學(xué)多個領(lǐng)域。從廣義上講，動畫指的是對象位置和形狀的變化，而“Computer Animation(計算機動畫)”這一術(shù)語，現(xiàn)在比較權(quán)威的解釋是：場景中任何隨時間而發(fā)生的視覺變化。這個視覺變化的定義非常廣泛，除了用移動、旋轉(zhuǎn)來改變對象的位置外，對象的比例大小、形狀、顏色、透明性、表面紋理等諸多屬性隨時間而發(fā)生變化，都可以看出是動畫，另外，對象和場景的照明效果和背景環(huán)境發(fā)生的變化，也可以看出是動畫。因此，我們也可以這樣定義動畫：一切隨時間發(fā)生的可被視覺所感知的變化。在 3Dmax 中，凡是被創(chuàng)建的對象都可以設(shè)置動畫，這個對象并不是單指模型，像燈光、攝影機、材質(zhì)、紋理等等都可以進(jìn)行動畫設(shè)置。設(shè)置動畫的基本方式非常簡單?？梢栽O(shè)置任何對象變換參數(shù)的動畫，隨著時間改變其位置、旋轉(zhuǎn)和縮放。啟用“自動關(guān)鍵點”按鈕，然后移動時間滑塊，在此狀態(tài)下，在視口中所作的對選定對象的更改將創(chuàng)建為動畫。動畫可以應(yīng)用于整個 3Dmax 的工作流程中，用戶可以設(shè)置對象位置、旋轉(zhuǎn)和縮放的動畫，以及影響對象形狀和曲面的任何參數(shù)設(shè)置的動畫，還可以使用正向和反向運動學(xué)鏈接層次動畫對象，并且可以在軌跡視圖中編輯動畫 [3]。4.2 制作裝配動畫（1）打開 3Dmax 軟件，創(chuàng)建一個新的場景。在視圖區(qū)點擊“時間設(shè)置”按鈕，在彈出的時間對話框中幀速率選項卡下選擇“PAL” （25 幀/秒） ，時間顯示選項卡下選擇“幀” ，播放選項卡下選擇“實時” ，速度為“1×” ，動畫選項卡下，長度4000。（2）合并創(chuàng)建的模型：點擊菜單欄中“文件”——“導(dǎo)入”——“合并” ，在彈出的對話框中選擇已保存的文件，確定后，所選擇的模型就合并到當(dāng)前場景中了。（3）在前視圖中創(chuàng)建一個攝影機，選擇目標(biāo)攝影機。（4）火焰筒外層動作設(shè)置：使用對齊命令，使火焰筒外層與燃燒室殼體同心，此時火焰筒外層離燃燒室殼體有一定距離，點擊“切換自動關(guān)鍵點模式”按鈕，此時當(dāng)前選中的視圖出現(xiàn)紅色邊框，將時間滑塊移動到設(shè)定好的幀上，然后點擊“設(shè)置關(guān)鍵點”按鈕，記錄一下火焰筒外層的起始位置，把時間滑塊移動下一個設(shè)定幀，21把火焰筒外層沿軸線方向移動到燃燒室殼體內(nèi)部合適的位置，此時完成火焰筒外層由遠(yuǎn)處運動到燃燒室內(nèi)部的動畫制作。（5）火焰筒外層固定螺釘動作設(shè)置：做法請參考上一步，由于固定螺釘比較多，需要單個進(jìn)行設(shè)置。燃燒室的分區(qū)如圖 4-1 所示。圖 4-1 燃燒室的分區(qū)4.3 粒子效果動畫（1）打開 Create(創(chuàng)建)-Geometry(幾何體)-Particle System(粒子系統(tǒng))，單擊 PF Source 按鈕，在頂視圖中拖動鼠標(biāo)隨意建立一個粒子流發(fā)射源圖標(biāo)。如圖4-2 所示。圖 4-2 粒子效果設(shè)置對話框（2）打開 Create(創(chuàng)建)-Geometry(幾何體)，單擊 Box，在頂視圖建立一個22長方體，將其命名為“發(fā)射器_Box” ，設(shè)置其寬度為 600mm，長度和高度為 30mm，寬度分段數(shù)為 30，長度和高度分段數(shù)均為 1。如圖 4-3 所示。圖 4-3 粒子大小設(shè)置對話框（3）為“發(fā)射器_Box”添加一個 Mesh Select 修改器。進(jìn)入 Vertex 模式，選擇矩形一條長邊上的所有頂點，然后退出 Mesh Select 修改器。23圖 4-4 發(fā)射器設(shè)置對話框（4）進(jìn)入粒子視圖（快捷鍵 6） ，選擇 Event01，改名為“文字產(chǎn)生_Event” ，在 Position Icon01 處單擊右鍵-刪掉。24圖 4-5 粒子視圖對話框（5）找到 Position Object,點擊并拖動到圖中位置，在 By List 里選擇發(fā)射器_BOX, 然后選擇下面的“Selected Vertices” ，也就是以物體“發(fā)射器_Box”中選中的那些頂點作為粒子發(fā)射源。（6）在下面菜單中找到 position object 替換 position icon，在視圖中創(chuàng)建一個球體在 position object 中選擇 add，添加進(jìn)去，就可以看到粒子是從球體發(fā)射出去了 [13]。圖 4-6 粒子視圖對話框25圖 4-7 粒子視圖對話框4.4 渲染輸出視頻動畫3dmax 渲染 3dmax 渲染是現(xiàn)在的一種新興技術(shù)，簡單的說，就是在 3D 模矩上貼上卡通的紋理貼圖，這樣看起來 3D 就不會顯得太生硬，即有卡通的造型，又可 3D全范圍觀看。3dmax 渲染可以通過兩種途徑實現(xiàn)游戲中的渲染效果。渲染效果在關(guān)卡設(shè)計過程中由設(shè)計人員靈活實現(xiàn)。在完成動畫的編輯后，最后一步就是渲染輸出了，具體操作如下：點擊菜單欄中的“渲染”——“渲染設(shè)置” ，在彈出的渲染設(shè)置對話框中設(shè)置參數(shù)如圖 4-9 所示，在公用選項卡中的公用參數(shù)展卷欄里設(shè)置好時間輸出，要渲染的區(qū)域，輸出大小，在渲染輸出項里命名渲染出的文件，后綴為.avi，其他設(shè)置默認(rèn)，然后點擊渲染，得到最后的視頻 [14]。26圖 4-8 粒子效果設(shè)置對話框圖 4-9 渲染設(shè)置對話框27第 5 章 結(jié)論通 過 三 維 建 模 方 法 ， 創(chuàng) 建 燃 燒 室 各 零 部 件 的 模 型 ， 能 清 晰 直 觀 的 觀 察 各 部 件的 結(jié) 構(gòu) 特 點 。 利 用 透 視 圖 ， 從 內(nèi) 部 觀 察 ， 能 看 到 書 本 中 看 不 到 或 不 易 看 到 的 內(nèi) 部結(jié) 構(gòu) 特 點 。在 使 用 3Dmax 軟 件 進(jìn) 行 零 部 件 建 模 的 過 程 中 ， 學(xué) 習(xí) 了 幾 何 體 建 模 、 放 樣 建模 、 多 邊 形 建 模 等 建 模 方 法 。 在 建 模 過 程 中 詳 細(xì) 、 深 入 的 了 解 了 發(fā) 動 機 燃 燒 室 各零 部 件 的 構(gòu) 造 特 點 和 安 裝 配 合 ， 比 如 了 解 了 氣 膜 冷 卻 具 體 工 作 流 程 。借 助 3Dmax 軟 件 的 動 畫 功 能 ， 制 作 燃 燒 室 內(nèi) 部 展 示 動 畫 。 通 過 對 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)的 展 示 ， 能 形 象 的 觀 察 到 在 實 物 中 才 能 觀 察 的 結(jié) 構(gòu) ， 對 日 常 的 教 學(xué) 有 很 好 的 幫助 。論 文 從 燃 燒 室 的 建 模 到 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 的 動 畫 展 示 ， 都 做 了 詳 細(xì) 的 介 紹 ， 讀 者 無 論是 在 研 究 單 管 燃 燒 室 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 還 是 學(xué) 習(xí) 使 用 3Dmax 軟 件 都 有 一 定 的 參 考 價 值 。論文中也存在許多不足之處，比如在做燃燒室殼體建模時過多的使用了布爾命令開孔，使得軟件經(jīng)常出錯；在建模時沒能很好的安排端面分段，使得模型的面數(shù)很多，最后在渲染過程中花費很多時間甚至導(dǎo)致軟件崩潰。希望論文以后在開孔和模型的建立和優(yōu)化等方面進(jìn)行完善，使論文更加完整和對以后的教學(xué)等工作有更大的幫助。