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    新概念加力燃燒室實驗研究進展
    發稿時間:2021-05-10         作者:文/王于藍          來源:輕型動力實驗室     【字號:

      帶加力燃燒室的先進航空發動機以實現高推重比、高效加力等性能為目標,提高了壓氣機壓比、渦輪前溫度以及加力燃燒室進口溫度和壓力等。因此,新一代航空發動機加力燃燒室向著更高進口溫度、更低氧濃度、更大速度、更高排氣溫度的方向發展,上述發展趨勢給加力燃燒室內部燃燒組織帶來了嚴峻挑戰。為了實現燃油在加力燃燒室內低阻高效流動和燃燒,輕型動力實驗室開展一種基于非傳統火焰穩定方法的新概念加力燃燒室理論與實驗研究,以期獲得重量輕、流阻小的加力燃燒室方案。 

      新概念加力燃燒室將燃料從渦輪級間噴入流道,使燃料在渦輪通道內霧化、蒸發和摻混,利用摻混結構提高燃料摻混程度并形成較大尺度的渦系,使得燃料在該渦系內部完成燃燒,實現加力燃燒過程。這種利用燃油流過渦輪的時間和渦輪高溫實現燃油提前霧化蒸發的方法,有效提高了燃油霧化質量和分布均勻性,縮短了燃油霧化蒸發距離和燃燒區長度,同時省掉了傳統加力燃燒室所需的復雜火焰穩定器結構,解決了傳統加力燃燒室長度長、火焰穩定器尺寸重量大和結構復雜等問題。圖1給出了新概念加力燃燒室原理圖。 

      通過模擬實驗和緩慢供油俘獲到了流動渦系燃燒過程(圖2),該過程大致分為隨機火核生成、火核擴張、不穩定燃燒、穩定燃燒以及熄火五個過程。當自燃剛開始發生時,加力燃燒室中開始出現局部自燃,出現微弱的單個隨機火核,伴隨出現噪聲;隨著燃油流量增加,火核生長為具有更亮的藍色脈動火焰,周期性通過加力燃燒室,噪聲強度增大;進一步提高燃油流量,火焰根部穩定未被吹熄,火焰亮度提高,在下游出現了黃色火焰,噪聲頻率提高,加力燃燒室內持續燃燒,呈不穩定燃燒狀態;當加力燃燒室內油氣比達到可燃范圍時,加力燃燒室內充滿動態穩定的燃燒火焰,火焰根部為明亮的藍色,火焰前鋒則為明黃色火焰,噪聲明顯降低,燃燒室內實現穩定燃燒;逐漸減少燃油流量后,燃燒振蕩發生,噪聲增加,火焰亮度降低,開始變得不穩定,根部沒有固定火焰,火焰收縮為一團隨渦脫落周期性通過加力燃燒室直至熄滅。 

      通過以上研究,初步驗證了流動渦系燃燒的新概念加力燃燒方式的可行性,可在加力堵塞比降低至10%時實現穩定燃燒,為進一步開展高空低壓條件下的燃燒組織試驗研究提供了強有力的支撐。

    圖1 新概念加力燃燒室原理圖

      圖2 新概念加力燃燒室燃燒過程 

     

       

     
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