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      航空发动机低压点火试验研究进展
      发稿时间:2020-04-07         作者:王凯兴          来源:轻型动力实验室     【字号:

        燃烧室是航空发动机三大核心部件之一,其点火可靠性决定着发动机的稳定工作边界,进一步决定了飞机/舰船的飞行包线、运行区域和安全性。高空条件下,低温低压条件使得高空点火更加复杂。为了更加清晰地认识高空点火过程,轻型动力实验室开展了常温低压点火边界及火焰传播过程研究?;诟呖盏慊鹗笛樘?,轻型动力实验室研究人员首先对常温低压下的点火边界进行研究。图1为室温条件下(10℃),旋流器压降1%,2%3%时,最小点火当量比随高度(压力)的变化。结果表明对于同一旋流器压降,随着高度的增加,最小点火当量比增大,这是由于低压下,空气雾化质量变差及化学反应速率减小共同造成的,并且高度越高,压力对点火边界的影响越明显;在相同高度下,随着旋流器压降的增大,最小点火当量比减小,这是由于气流速度增大改善了燃油雾化,从而降低了最小点火当量比。 

        为了详细研究压力对火焰传播的影响,采用高速相机对旋流器压降2%工况时,不同高度(6km、8km10km)下的点火过程进行试验研究。图2显示了不同高度下五个不同时刻(火花放电时刻(t0),初始火核形成时刻(t1),火焰传播至相邻头部时刻(t2),火焰传播至靠近壁面头部时刻(t3)及五头部完全燃烧时刻(t4))的火焰图像。结果表明,在旋流器压降为2%时,不同压力下的火焰传播路径基本相似,即火焰首先在中心单头部传播并稳定在喷嘴附近,随后相邻头部的回流区捕捉已燃头部下游火焰,使得火焰同时传播至相邻头部,最终在五头部燃烧室内稳定燃烧。通过分析不同高度下,各个阶段的时间间隔发现,低压对点火过程的影响主要表现在初始火核形成及早期火焰传播(由单头部向三头部的联焰过程),而对后期火焰传播影响较小,这是因为低压会恶化燃油的雾化蒸发,随着燃烧室中引燃区域的增加,燃烧室温度升高,低压对燃油雾化蒸发的影响逐渐被燃烧室高温所改善,因此后期火焰的传播过程的时间差异较小。 

        基于上述常温低压下的试验结果,研究团队下一步将采用液氮换热构建低温环境,进一步研究低温低压对火焰传播过程的影响。 

       

        图1 不同高度下燃烧室点火边界(室温10℃)

       

        图2不同高度下火焰传播过程(室温10℃)

       
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