● 摘要
微型飞行器(Micro Air Vehicle，MAV)技术近年来得到飞速发展。其中动力系统——
微型发动机是MAV 的关键设备，如何在极小的体积内储存大量能量，为微型飞行器提
供驱动力成为制约MAV 发展的主要限制因素。
本文首先总结了国内外微型发动机的发展状况，分析了微型涡轮发动机的工作原
理，并针对微型发动机关键部件——微尺寸涡轮结构可靠性进行分析：
微尺寸涡轮远远小于常规涡轮尺寸。受尺寸效应影响，微尺寸涡轮展现出不同于常
规尺寸涡轮的设计特点。本文针对微尺度下涡轮材料特性、粗糙度材料应力影响特性以
及流场特性进行了分析。
涡轮工作在高温、高转速下，承受着较大的气动力以及随机振动载荷。本文对微尺
寸单晶硅涡轮强度进行了热-固耦合计算：通过有限元方法对涡轮盘建模分析，对涡轮
高温、高转速工作环境下所受应力及变形进行了分析；研究温度场、离心场、以及涡轮
结构尺寸对涡轮模态特性的影响，分析影响涡轮模态主要因素，从而避免共振效应产生。
微尺寸单晶硅涡轮外形结构影响其工作效率，从提高涡轮性能出发，必须对涡轮结
构进行优化设计。本文以减小涡轮总体质量为目的，对涡轮结构优化进行了探讨。
影响涡轮可靠性的随机因素很多，本文选取材料密度ρ、弹性模量E、转速ω、寿
命公式中的两个材料常数a、b 五个参数作为随机变量，假设每个随机变量都服从正态
分布，对其可靠性加以分析。
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