發(fā)布時間：2020-10-24 06:00

　　 隨著航空業(yè)的不斷發(fā)展,各類軍用、民用飛機(jī)對發(fā)動機(jī)動力的需求和要求不斷提高,對航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計提出了新的要求。但由于飛機(jī)對高推力的要求往往僅是在起動、爬升、應(yīng)急機(jī)動等暫時狀態(tài)下,為解決這種情況,軍用發(fā)動機(jī)提出了“加力”的概念。目前廣泛應(yīng)用于各類發(fā)動機(jī)的是復(fù)燃加力型加力燃燒室。其位于發(fā)動機(jī)渦輪出口與尾噴管之間,利用燃燒室排氣中的剩余氧氣量,向其中噴入燃油進(jìn)行再燃燒,利用氣流在火焰穩(wěn)定器后形成低速回流區(qū),回流區(qū)內(nèi)的高溫燃?xì)庑纬煞�(wěn)定的點(diǎn)火核,使燃油在加力燃燒室中穩(wěn)定燃燒,如此可以在極短的時間內(nèi)極大地提高燃?xì)鉁囟?增加發(fā)動機(jī)推力。加力燃燒室與主燃燒室所處的位置和功能不同,二者在工作條件上有很大的差別。加力燃燒發(fā)生在渦輪后,所以加力燃燒室中的氣流速度和溫度大大高于主燃燒室。且加力燃燒室中的來流為主燃燒室的排氣,導(dǎo)致加力燃燒時的氧氣含量要低于主燃燒室,對加力燃燒室中的燃燒組織提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。針對這一問題,相關(guān)研究主要圍繞在V型鈍體火焰穩(wěn)定器的火核穩(wěn)定能力與增大回流區(qū)造成的壓力損失之間的平衡上開展,內(nèi)容包括改變穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、設(shè)計一體化穩(wěn)定器等,獲得了較為全面、完善的研究結(jié)果。但以上研究大多基于大型渦噴、渦扇發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù),針對小型渦噴發(fā)動機(jī)微尺度的研究開展較少,針對這個問題,本文進(jìn)行了相關(guān)的研究。本文探討了不同進(jìn)氣參數(shù)及穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)對微尺度加力燃燒室的各項性能參數(shù)的影響。(1)通過數(shù)值模擬方法對不同穩(wěn)定器張角、不同穩(wěn)定器寬度、不同進(jìn)口氣流溫度以及不同燃油射流速度開展了穩(wěn)態(tài)參數(shù)相關(guān)模擬,并搭建了高溫?zé)犸L(fēng)洞試驗(yàn)臺,通過改變其進(jìn)氣溫度及主燃燒室中的噴油量,并輔以補(bǔ)充氮?dú)獾姆椒▉砀淖兗恿θ紵业倪M(jìn)氣溫度,開展瞬態(tài)點(diǎn)火邊界試驗(yàn)。(2)通過穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬與瞬態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對加力燃燒室有一個較為全面的了解。通過分析不同參數(shù)下,加力燃燒室的數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):加力燃燒室內(nèi)的溫度場主要受穩(wěn)定器的張角、寬度以及燃油的射流速度影響;湍流強(qiáng)度場主要受穩(wěn)定器的張角、寬度,進(jìn)口氣流溫度及燃油射流速度的影響;速度場主要受穩(wěn)定器的寬度及燃油射流速度的影響;燃油的蒸發(fā)速率則只受進(jìn)口氣流溫度的影響。從瞬態(tài)試驗(yàn)中可以得知:進(jìn)口氣流溫度越高,成功點(diǎn)火并產(chǎn)生穩(wěn)定火焰所需的油量越少。(3)此外,本文還通過數(shù)值模擬及整機(jī)試驗(yàn)的方法對小型渦噴發(fā)動機(jī)中主燃燒室內(nèi)部額外噴油產(chǎn)生高溫?zé)崃鲗恿θ紵疫M(jìn)行點(diǎn)火的高溫?zé)嵘淞餍滦忘c(diǎn)火方法進(jìn)行了探索。還針對小型渦噴發(fā)動機(jī)的尺寸限制,探討了加力燃燒室長度對燃燒效率的影響。通過數(shù)值模擬與整機(jī)試驗(yàn)相結(jié)合的方法得知:在不改變主燃燒室工作狀態(tài)的去情況下,主燃燒室中額外噴油的熱射流點(diǎn)火方式能夠有效點(diǎn)燃加力燃燒室使其正常工作,但缺點(diǎn)是渦輪需要承受瞬時高溫;增加加力燃燒室長度可有效提高加力燃燒室的燃燒效率,增加發(fā)動機(jī)推力。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V231.2
【部分圖文】：

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Ｐｌａｍｅｈｏｌｄｅｒ??Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??圖１．１?ＮＫ３２－Ｔｍ６０加力燃燒室１１１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ａｆｔｅｒｂｕｒｎｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＮＫ３２－ＴＵ１６０?ｅｎｇｉｎｅ＊１１??加力燃燒室作為航空發(fā)動機(jī)上的附加部件，會明顯地增加發(fā)動機(jī)整機(jī)的質(zhì)??量和長度。對于大部分發(fā)動機(jī)來說，加力燃燒室的質(zhì)量一般會占到整機(jī)重量的??１??

為充分的混合。在這種均勻混氣條件下，組織燃燒比較容易，多采用Ｖ型鈍體??火焰穩(wěn)定器。這種穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)景輕，利用鈍體后形成的高溫回流區(qū)建??立穩(wěn)定點(diǎn)火核，保持加力燃燒室持續(xù)穩(wěn)定工作。工作原理如圖１．４。??＇Ｋ?＊１：?Ｎ??Ｖ＇?＾?．１＾?＊?Ｃ?＾??＾?－??Ａ：ｙｉｔａ．ＬＫ?ｖ??￣??圖１．４?Ｖ型鈍體火焰穩(wěn)定器工作原理示意圖Ｗ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ａ?Ｖ－ｓｈａｐｅ?ｆｌａｍｅ?ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ１２１??之后，隨著理論與技術(shù)的不斷發(fā)展，渦扇發(fā)動機(jī)逐漸成為各類戰(zhàn)斗機(jī)的首??選發(fā)動機(jī)。相比于渦噴發(fā)動機(jī)，渦扇發(fā)動機(jī)巡航經(jīng)濟(jì)性更好，使用加力燃燒室??時能達(dá)到的加力比更大。渦扇發(fā)動機(jī)加力燃燒室與渦噴發(fā)動機(jī)的主要區(qū)別在于??外涵流道的存在，以及為此增設(shè)的內(nèi)外涵氣流混合器。外涵的氣流溫度低，使??得靠近外涵一側(cè)的燃油在到達(dá)穩(wěn)定器前無法完全蒸發(fā)甚至基本不蒸發(fā)，讓穩(wěn)定??器后的燃燒成為兩相燃燒。兩相燃燒會對加力燃燒室內(nèi)的燃燒效率產(chǎn)生明顯的??３??
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本文編號：2854104