3燃烧室-加力燃烧室
(完整版)航空发动机试验测试技术

航空发动机试验测试技术航空发动机是当代最精密的机械产品之一,由于航空发动机涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科,一台发动机内有十几个部件和系统以及数以万计的零件,其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机其它分系统复杂和苛刻,而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很高的要求,因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。
在有良好技术储备的基础上,研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时的部件及系统试验,需要庞大而精密的试验设备。
试验测试技术是发展先进航空发动机的关键技术之一,试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据,也是评价发动机部件和整机性能的重要判定条件。
因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。
从航空发动机各组成部分的试验来分类,可分为部件试验和全台发动机的整机试验,一般也将全台发动机的试验称为试车。
部件试验主要有:进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。
整机试验有:整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。
下面详细介绍几种试验。
1进气道试验研究飞行器进气道性能的风洞试验。
一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验,主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。
然后还需在较大的风洞上进行l/6或l/5的缩尺模型试验,以便验证进气道全部设计要求。
进气道与发动机是共同工作的,在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配,相容性要好。
实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验。
2,压气机试验对压气机性能进行的试验。
压气机性能试验主要是在不同的转速下,测取压气机特性参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等),以便验证设计、计算是否正确、合理,找出不足之处,便于修改、完善设计。
压气机试验可分为:(1)压气机模型试验:用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件,在压气机试验台上按任务要求进行的试验。
燃烧室

(2)筒体
设计要求
壁面冷却与散热 具有一定流量和深度的进气孔
结构特点
冷却与散热——气膜式、散热片式 进气孔分布
(3)火焰筒的固定
简支式 WP6、WP7 悬臂式 JT3D、WJ6
(4)传焰管
功用:传焰、均压 结构特点:
冷却 密封
5.1.3.4 喷嘴
位于承力壳体外的用于飞机隔热用的,称隔热套;
位于承力壳体内的用于与燃气隔热的,称隔热屏。
振荡燃烧
5.3 排气装置
5.3.1 尾喷管 (1) 功用:将燃气的部分热焓转变成动能,并以一定方 向排出。 (2) 要求:
具有足够刚性,以保证排气流量精度与喷口动作的灵活 性。 喷口动作要求平稳,以使发动机状态变化匹配。
5.2 加力燃烧室
5.2.1 概述 (1) 功用 (2) 工作环境
进口温度高 速度大 压力低 含氧量小 余气系数低
(3) 设计要求
薄壁园筒应具有足够的强度与刚性 流阻要小(因为流速大) 热膨胀自由 起动平稳与迅速
5.2.2 基本构件
组成:
扩压器、混合器、稳定器、供油与点火装置、 壳体等。
5.2.2.1 扩压器
径向稳定器─WP7乙、WP13 蒸发式稳定器——(SPEY或WS9) 气动式稳定器——(法国“阿塔”) “沙丘”式稳定器
5.2.2.4 供油系统与点火装置
(1) 喷咀特点:
喷咀小而数量多,以保证雾化质量。
(2) 常用形式
单路离心喷咀 直流喷咀 针塞喷咀
(3) 供油系统
1) 加力燃烧室供油系统是间断工作的,不 加力时, 空油管必须要通气冷却 2) 环形燃油总管的安排
第6章-加力燃烧室.幻灯片课件

沙丘驻涡稳定器:WP6甲、WP13
气动式稳定器:阿塔(法)
WP6发动机加力燃烧室
单排环形 V形稳定器
双排环形 V形稳定器
WP7发动机加力燃烧室
涡喷7乙发动机加力燃烧室
双排径向式 V形稳定器
蒸发式稳定器
喷油杆——J57-F13、WP7乙 喷油圈——WS发动机(分区、分压供油) 针塞式——F100发动机,制造困难,材料好
喷油杆射流式喷嘴供油
分圈分压式供油
6.3 加力燃烧室的基本构件
5、加力燃烧室壳体
➢ 快卸环结构:联接外壁 ➢ 防震屏:采用多孔的波纹板,造成气流的乱反射和气体
阻尼,有效防止加力燃烧室的震荡燃烧。
喷管操纵套管
复燃燃气
加力燃烧室
喷管
可调推进喷口
6.2 加力燃烧室的工作特点和构造要求
1、进口温度高:950~1100K,含氧量低——加力燃烧室需 要足够长的长度;
2、涡轮出口速度高:350~450m/s——扩压器,火焰稳定器 稳定气流;
3、进口气体压力低——预燃室可靠点火; 4、壳体振动,震荡燃烧——要加强刚度; 5、起动迅速、平稳,对其他部件无影响——可调尾喷口; 6、出口温度高,热应力、热变形大——进行冷却,对机舱
第6章-加力燃烧室.
WP6发动机加力燃烧室的组成
6.1概述
➢ 燃烧过程:扩压、燃烧、排气
扩压器内锥顶截去,使截面积骤然增大,并在该处形 成中心回流区;
火焰稳定器后也形成环形回流区;
扩压段燃油逆流喷入燃气;
加力燃油在压力较低的燃气中燃烧,热循环效率较低, 燃烧效率不高。
第十三章 航空发动机燃烧室资料讲解

3、燃烧完全
燃烧完全系数:
燃烧完全程度室发动机重要的经济指标,用燃烧效率来衡量。 燃烧效率(考虑了散热效应):
热循环效率:
4、出口温度场符合要求
燃烧室出口的燃气流向涡轮 叶片,考虑到高速旋转的涡 轮叶片承受应力已经很大, 再加上高温气流的冲击,工 作条件十分恶略。于是要求 燃烧室出口气流温度场符合 涡轮叶片高温强度的要求, 不要有局部过热点,以保证 涡轮的正常工作和寿命。
三、对主燃烧室的性能要求
1、点火可靠 1)能在进口±50℃范围内实现良好的地面起动 2)高空熄火后能够再点火,保证安全 3)能在8-12km的高度实现可靠点火
发动机的点火高度是评定飞机或发动机的一个性能指标,目前达到的高度为89km,采取补氧等措施后可达12-13km。提高点火高度,也是目前研究的主要 课题。 2.燃烧稳定 要求燃烧室在点燃以后,必须: 1)在规定的全部飞行高度、速度范围内都能稳定燃烧,不被吹熄 2)在a=2-50的范围内能稳定燃烧 3)避免不稳定燃烧(振荡燃烧)
可见,燃烧室是动力机械的能量发源地,室发动机中的主要部件之一。 二、燃烧室工作特点 (1) 进口气流速度很大 (2) 燃烧室容积很小(容热强度大) (3) 工作温度高(2500K) (4) 出口气流温度T4受到涡轮叶片的强度的限制,不能过高 (5) 进口参数变化大
因此一个好的燃烧室必须在这些参数变化范围宽广的状态 下保证正常工作,至少不能熄火,以便保证发动机能发出 推力,飞机能安全飞行。而且,这一任务必须以最小的压 力损失、在有限的可用空间里释放出最大的热量、高效低 污染地实现,亦即高效、高强度、低污染的实现。
3. 沿叶高温度分布应符合中间高两端低的要求-等强度原则。
5. 压力损失小
气流流经燃烧室要产生压力损失。它主要包括摩擦损失、扩压损失、 穿过火焰筒的众多大小孔产生的进气损失、掺混损失以及燃烧加热引 起的热阻等等。
加力燃烧室热射流点火的燃油自燃规律研究

K e y w o r d s : h o t - j e t i g n i t i o n ; a u t o i g n i t i o n ; d e l a y t i me ; f a t e r b u r n e r ; a e r o e n g l n e
I n v e s t i g a t i o n o n F u e l A u t o i g n i t i o n L a w o f H o t - j e t I g n i t i o n f o r A f t e r b u r n e r
X U) ( i n g — p i n g , Z HA NG Xi a o — c h u n , Y OU Qi n g - j i a n g , G A O J i a — c h u n
第4 0卷 第 1 期
2 0 1 4年 2 月
航 空 发 动 机
Ae r o e n
F e b . 2 0 1 4
加力燃烧 室热 射流 点火 的燃 油 自燃规 律研究
徐兴平 , 张孝春 , 游庆江 , 高家春
( 中航工业沈 阳发动机设计研究所 , 沈阳 1 1 0 0 1 5 )
为航 空发动机加力燃烧室 的热射流点火 系统和供油 系统等 的设计提供初步试验依据。 关键词 : 热射流点火 ; 自燃; 延迟 时间; 加力燃烧室; 航空发动机
中图分 类号 : V 2 3 3 . 3 文献标识码 : A d o i : 1 O . 1 3 4 7 7  ̄. c n k i . a e r o e n g i n e . 2 0 1 4 . O 1 . 0 0 7
燃气轮机原理 第四章 燃烧室4-1&4-2&4-3

② 燃烧室容积很小,但要在短时间内发出大 量的热能,要燃烧相当多的燃料,而且要 求燃烧完全。 涡喷-6发动机:10个火焰筒,总容积不到 0.07m3,但每小时要烧掉2.5吨燃油。 燃烧室的发展趋势:长度缩短,体积减 小,燃料燃尽程度接近100%。
3
航空燃气轮机
= (1.2 ~ 3.5) × 108 qvp
地面重型燃气轮机 主燃烧室 火焰筒 蜂窝煤炉
qvp = (1.2 ~ 5) × 107
qvp = (7.5 ~ 9.08) × 107
qvp = (12.34 ~ 20.73) × 107 qvp = 4.3 × 10
6
KJ /( m ⋅ bar ⋅ h )
一次空气供应方式
将一次空气全部通过装在火焰管头部旋流器供入 燃烧区 将一次空气分别由旋流器和开在火焰筒前段的几 排一次空气射流孔供入燃烧区
2—旋流器 5—一次空气射流孔
试验表明,第 种供气方式,即将一 次空气分别由旋流器和开在火焰筒前 段的几排一次空气射流孔供入燃烧 区,可以保证燃烧室具有比第 种供 气方式,即将一次空气全部通过装在 火焰管头部旋流器供入燃烧区,更为 宽广的负荷变化范围。这是由于在第 种供气方式中,燃烧室具有“一次空 气量自调特性”。
航空发动机的污染表现
• 由于燃烧组织的不完全,特别是富油时,排放大 量的CO直接造成对人类健康的危害; • 局部富油时因缺氧,生成大量的炭粒子,形成可 见黑烟雾,造成污染; • 由于燃烧时温度较高,特别是在地面起飞状态 时,容易形成NOx类物质,对人类及其他生物危 害很大; • 燃烧室工作时,特别是加力燃烧室在不稳定工作 时,产生低频高分贝的强噪声污染。
加力燃烧室构件

航空工程术语
01 简介
03 基本构件
目录
02 加力燃烧室的作用 04 扩压器
目录
05 混合器
07 供油点火装置
06 火焰稳定器 08 加力燃烧室壳体
发动机在达到最大状态后继续增加推力,叫做发动机加力。飞机在起飞、爬升及军用飞机机动飞行时,需要 更大的推力。发动机加力是短时间内增加推力的最好方法。最为广泛采用的加力方法是在涡轮和尾喷管之间安装 加力燃烧室,进行复燃加力。在以往的超声速飞机上,加力燃烧室是发动机不可缺少的基本部件。
简介
WP6发动机的加力燃烧室由扩压器、预燃室、火焰稳定器、喷嘴和加力输油总管、加力燃烧室壳体等组成 。
加力燃烧室的作用
加力燃烧室的功用是在保持发动机最大转速和涡轮前燃气温度不变的情况下,将燃油喷入涡轮后的燃气流中, 利用燃气中剩余的氧气再次燃烧(在双涵道发动机中,还可从外涵道引入新鲜空气),以进一步提高燃气温度,增 大喷气速度,达到增加推力的目的。当使用加力时,为了保持涡轮前各部件的最大工作状态不变,就必须同时加 大尾喷口的排气面积,以适应燃气比体积的增加。因此,凡是带有加力燃烧室的发动机都必须有面积可调节的尾 喷口(管)配合工作 。
供加力燃烧室的燃油管道及喷射装置应与火焰稳定器相适应,通常有如下三种安排方式:
燃油经穿过加力燃烧室壳体的燃油总管,进入处在燃气流中并与环形稳定器同心安装的环形输油管,从环形 输油管上周向均布的喷嘴逆燃气流方向喷出;
燃油总管穿过扩压器外壳,经整流支板内腔引入内锥体内,并与位于锥体内的输油圈相联接。燃油经输油圈 上的喷嘴向燃气流中喷出;
火焰稳定器
火焰稳定器的功用是使气流产生紊流,形成回流区,加速混气的形成和加强燃烧过程,稳定火焰和提高完全 燃烧度。
第四章 燃烧室与尾喷管

第4章燃烧室、加力燃烧室和尾喷管Burner and Nozzle第4.1节燃烧的基本知识Basic Knowledge of Burn在空气流中连续不断的喷入燃油,形成火焰,稳定燃烧,必须满足以下两个条件:一、油气比在一定的范围内才能进行燃烧目前航空燃气轮机一般都使用航空煤油作为燃料。
航空煤油在燃烧前由喷咀在高压下将煤油喷成雾状,在空气中蒸发,与空气混合。
煤油与空气的混合比例(油气比)是一个重要的参数。
对一定量的空气来说,喷入的燃油量在燃烧后正好将空气中的氧气完全用完称为理论所需燃油量,实际喷入燃油量与理论所需燃油量之比称为燃料系数用β表示。
对一定量的燃油来说,将燃油完全烧完所需的空气量称为理论所需空气量,实际空气量与理论所需空气量之比称为空气系数或称为余气系数,以α表示。
β<1或α>1表示喷入空气的燃油较少,燃烧后不足以将空气中的氧气燃烧完,这种情况称为贫油;β>1或α<1则表示喷入空气的燃油太多,将空气中的氧气烧完后还有剩余的燃油,这种情况称为富油。
在一定的贫油或富油的范围内(油气比范围内)才能进行燃烧,过于贫油或富油是无法进行燃烧化学反应的。
可以进行燃烧的油气比范围与油气混合后的混气压力和温度有极大的关系。
二、火焰周围气流速度必须低于火焰传播速度β=1的均匀混气在常温常压下火焰的传播速度远低于1m/s,在紊流的气流中,火焰传播速度有所提高,能达到每秒数米或十多米,这与气流的紊流度有很大的关系。
要使火焰能稳定燃烧,它周围的气流速度必须低于火焰传播速度。
第4.2节主燃烧室Burner主燃烧室是航空燃气轮机的主要部件之一,它介于压气机与涡轮之间,压气机出口的气流进入燃烧室,在其中喷入燃油进行燃烧,成为高温燃气进入涡轮。
然而,压气机出口的气流速度一般在150m/s左右,在这样高速的气流里是无法稳定火焰进行燃烧的。
此外,受涡轮材料耐热性的限制,燃烧室出口的燃气温度一般在1200~1700K范围内,相当于燃料系数β大约在0.25~0.4范围内。
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并且必须在极少压力损失的情况下维持燃烧。
基本部件
火焰稳定器:
结构: 在加力燃烧室中,通常采用非线型物体做火焰稳定器,
最常见的是V形槽。它具有结构简单、重量轻、损失小、发
展较为成熟、性能较好的优点。 稳定器壳体实际 上是一个中心火焰 稳定装置,气流在 其后形成回流区, 以保证加力燃烧室 中心始终存在一个 稳定的点火源。
后穿过由铂-铑丝编织的网(有2~3层),由于铂-铑丝表面
在吸附燃油后产生电离现象,产生催化作用,可燃气体 会自发点火,于是形成的火舌从点火器喷出,将加力燃 烧室点燃。
基本部件
火焰稳定器:
由于燃气流从涡轮进入喷管时的温度很高,或许人们设 想混合物会自发点燃。实际上并非如此,因为尽管冷火焰 可在700℃的温度时形成,但是燃烧在800℃以下是不可能 进行的。 即使在海平面时能发生自发点火的话,那么在大气压低的 高空就不可能了。点燃的火花或火焰必须有相当大的强度 才能使点火工作在高空中完成。 为了使系统顺利的工作,需要有稳定的火焰,这种火焰 在范围宽广的混合物浓度和燃气流量中均将能稳定地燃烧。 这种混合物还必须能在所有的飞行条件下都能容易点燃,
一致,使喷口调节环在移动时不会产生偏斜,
调节环向前移动时,迫使调节片收拢,喷口直径变小;调 节环向后移动时,在燃油压力作用下,调节片张开,喷口
直径变大。
可调喷口 喷口动作筒有三个,后端用带有球面衬套的销子与调节 环连接,前端通过支架固定在承力环上。每个支架带有两 个支柱,用来固定承力环。 同步活门能保证三个喷口动作筒活塞杆的运动速度协调
后段起隔热作用,一般做成纵向或横向波纹形。
由于加力燃烧室的火焰温度可以大于1700℃,通常允许
一部分涡轮排气沿着喷管壁流动,冷却效果欠佳,所以在内
部有隔热屏,外部加有隔热罩。 在涡扇发动机中利用外涵道的空气作为冷却气流。
可调喷口
可调喷口
可调喷口
调节环套在调节片的外面,由喷口动作筒操纵前后移动。
有利于减小压力损失,但这要受直径和长度的限制,为了
减小可能产生的气流分离,扩张角一般不宜太大,为了工 艺简单,中心鼓筒或外壳常做成直线截锥形,也有做成特 型曲面的。
基本部件
供油装置:
加力喷嘴多置于扩压段通道里,这里紊流度大,有利于 蒸发和掺混。 大多数加力燃烧室用直流式喷嘴,即在喷油
环和杆上钻许多小孔(直径一般在0.4~1.0mm范围内),可以
补充.加力燃烧室
作用 增加发动机基本推力以提高
飞机的起飞、爬升以及军用飞
机的作战性能的一种方法。 可以使用较大的发动机来 增加推力。但是因为这样会 增加飞机的重量,迎风面积
及油耗。
加力燃烧是在短时间内增 加推力的最好方法。
原理Βιβλιοθήκη 空气通过主燃烧室后尚有2/3~ 3/4的氧气没有燃烧, 加力
燃烧就是在发动机涡轮和喷管的推进喷口之间进一步喷油燃 烧可以提高燃气温度,增大尾喷管出口燃气的喷射速度,以
保证分布较为均匀。
基本部件
点火及点火装置: 加力燃烧室点火和主燃烧室点火有类似之处,也是靠外加点 火源先将局部混气点燃,然后再将火焰传播到整个室内空间。 要求加力点火迅速可靠,点火范围宽广。
目前使用的加力点火方法主要有:
①预燃室点火:本身就是一 个小型的燃烧室,一般用电
火花直接点火,当预燃室点
着后,即喷出一股热量较大 的火舌,再点燃加力燃烧室。
增大发动机的推力。
工作特点:
(1) 加力燃烧室进口总压低,气流速度大,进口总温高。----点火和火焰稳定都相当困难,燃烧效率显著下降。 (2) 二次燃烧,工质含氧量下降,惰性成分增加,燃烧效率下 降。-----对组织燃烧不利。
(3) 加力燃烧室后只有可调喷口,已没有其它转动部件(如涡
轮叶片),温度无须过多限制,可达2000K;相对富油;不需要 火焰筒。
(4) 加力燃烧室一般不在巡航和慢车状态下工作,仅在发动机
最大状态或额定状态下为补充推力不足时开动。 (5)余气系数小,含氧量小,燃烧不容易稳定,产生振荡燃烧。
基本部件
扩压器、供油装置、点火器、火焰稳定器、防震
(隔热)屏和加力室筒体等。
对同一种发动机来说,加力燃烧的喷管面积要比正常喷管 的面积大,因而带加力燃烧的发动机装有可调喷口。
基本部件 火焰稳定器: 结构: AL-31F则才采用的是沙丘稳定器驻涡火焰。沙丘稳定器 主要是利用良好的自然气流结构,既保证了良好的热量和
质量交换,又减弱了旋涡的周期性脱落,增强了稳定火焰
的生命力,延长了可燃微团的停 留时间,并在一定程度上防
止了由于旋涡周期性脱落带
来的振荡燃烧的激振因素。
基本部件 防振、隔热屏:
喷口在非加力工作时要关小,但在选择加力燃烧时,燃气
温度增加,喷口打开,这样就避免了喷管压力的增加,喷管 的压力增加会影响发动机的功能。
基本部件 扩压器: 由中心鼓筒和外壳构成,按面积的扩压比一般在2左右,
其目的是将高速气流减速,并使压力有所提高,这将有利
于组织燃烧和减少阻力。 加力燃烧室扩压器一般是做成大扩张比和小扩张角,这
振荡燃烧是加力燃烧室筒体内燃烧时气柱的脉动现象,
其脉动频率可以从数赫到数千赫,其压力脉动的幅度也可 以有很大的差别。
若振荡频率为数百赫以下的中频或低频振荡时,其压力
脉动幅度一般较大,不仅造成强烈的轰鸣声,而且会造成 发动机零件损坏,甚至造成加力燃烧室熄火和发动机停车。
基本部件 防振隔热屏: 安装在加力筒体内用以隔热并防止振荡燃烧的多孔薄板 筒体称为防振隔热屏。防振隔热屏通常由一段或多段筒体 组成,也有用全长防振隔热屏的,前段主要起防振作用,
基本部件
点火及点火装置: ②热射流点火:在加力供油的同时,在主燃室中部适当位
置定量挤入一股燃油,这股燃油被高温热燃气点燃成为一
股强有力的属两态燃烧的火舌。这股火舌穿过涡轮,在涡 轮后再喷一股燃油接力,于是这股强大的瞬时火焰就能把 加力燃烧室点燃。
基本部件 点火及点火装置: ③催化点火:一种新的点火技术,它是将涡轮燃气流过 一个文氏管,并在文氏管喉部喷注燃油,经扩张段掺混