航空发动机燃烧室的现状和发展
火箭发动机的研究现状及其未来发展方向

火箭发动机的研究现状及其未来发展方向火箭发动机是航空航天领域的重要组成部分,决定着火箭的性能和发展方向。
本文将介绍火箭发动机的研究现状及其未来发展方向。
一、火箭发动机的研究现状1. 燃烧室技术的进步火箭发动机的燃烧室是其最核心的部件之一,决定了火箭的推力和效率。
近年来,燃烧室技术得到了快速发展,新型材料、制造工艺和设计方法的应用使得燃烧室的温度和压力承受能力大大提高,推力和效率也随之提高。
2. 新型推进剂的研究传统的火箭推进剂主要有液态氧和液态燃料,但受其重量和储运难以保证的限制,科学家们在研究和探索新型推进剂。
固态推进剂、氢气和氧气的混合推进剂、可回收的推进剂等均得到了一定的研究和应用,未来这些新型推进剂有望成为主流。
3. 高温材料技术的应用火箭发动机的高温材料应用水平也是决定其性能的关键因素。
以碳纤维为代表的高温材料在发动机壳体、导管、燃烧室等关键部件中得到了广泛应用,其轻质、高强度、高耐热性能优良,对于提高火箭发动机性能有极大的帮助。
二、火箭发动机的未来发展方向1. 可重复使用发动机随着航空航天技术的不断发展,未来火箭发射次数将不断增加,这就要求火箭发动机必须具有可重复使用的特性。
可重复使用发动机可以减轻一次性火箭发射的成本和对环境的影响,也有利于未来人类登陆月球和深空飞行等探索的实现。
2. 低碳环保发动机火箭发动机排放的废气对于环境和气候变化都产生了一定的影响,而且未来人类深空探索和星际旅行等需要大量的能源,因此低碳环保发动机的研究和开发变得尤为重要。
这就要求火箭发动机能够利用可再生能源,如太阳能、风能等,减少废气排放和对环境的污染。
3. 燃烧室冷却技术的革新燃烧室的腐蚀和高温环境会对其造成一定的损伤和影响,因此燃烧室冷却技术的革新是一个重要的方向。
一些智能化燃烧室和液体金属冷却技术的应用,可以有效地减少燃烧室的烧损和延长发动机的使用寿命。
总之,火箭发动机的研究和发展一直是航空航天领域的热点和难点。
航空发动机关键材料技术的发展现状与趋势

1、航空发动机关键材料技术的发展现状与趋势航空发动机是在高温、高压、高速旋转的恶劣环境条件下长期可靠工作的复杂热力机械,在各类武器装备中,航空发动机对材料和制造技术的依存度最为突出,航空发动机高转速、高温的苛刻使用条件和长寿命、高可靠性的工作要求,把对材料和制造技术的要求逼到了极限。
材料和工艺技术的发展促进了发动机更新换代,如:第一、二代发动机的主要结构件均为金属材料,第三代发动机开始应用复合材料及先进的工艺技术,第四代发动机广泛应用复合材料及先进的工艺技术,充分体现了一代新材料、一代新型发动机的特点。
在航空发动机研制过程中,设计是主导,材料是基础,制造是保障,试验是关键。
从总体上看,航空发动机部件正向着高温、高压比、高可靠性发展,航空发动机结构向着轻量化、整体化、复合化的方向发展,发动机性能的改进一半靠材料。
据预测,新材料、新工艺和新结构对推重比12~15一级发动机的贡献率将达到50%以上,从未来发展来看,甚至可占约2/3。
因此,先进的材料和制造技术保证了新材料构件及新型结构的实现,使发动机质量不断减轻,发动机的效率、使用寿命、稳定性和可靠性不断提高,可以说没有先进的材料和制造技术就没有更先进的航空发动机。
正是由于不断提高的航空发动机性能对发动机材料与制造技术提出了更高的要求,各航空发达国家都投入了大量人力、物力和财力,对航空发动机用的材料与制造技术进行全面、深入的研究,取得了丰硕的成果,满足了先进发动机的技术要求。
从国外航空发动机材料与制造技术的发展情况来看,加强材料与制造技术工程化研究是缩短发动机研制周期、减少应用风险、增加研制投入产出比最有效的途径之一。
因此从20世纪70年代至今,航空发达国家安排了一系列的发动机材料和制造技术工程化研究计划,规划了整个材料和制造技术领域的发展方向,为各种先进军、民用发动机提供了坚实的技术基础。
如美国综合高性能发动机技术(IHPTET)计划、下一代制造技术计划(NG-MTI),美国空军复合材料经济可承受性计划(CAI)等(见表1)。
航空发动机燃烧室调研报告

航空发动机燃烧室调研报告一、航空发动机的分类有两种基本类型的燃烧室:单管燃烧室和全环燃烧室,环管燃烧室是介于单管燃烧室和环形燃烧室中间的一种,它将多个筒状燃烧室安装在一个共同的环形机匣内。
二、航空发动机结构见图燃气涡轮发动机的涡轮是利用高压气体膨胀做功带动压气机器其他发动机附件的(包括增压泵、发电机、螺旋桨等),位置又在燃烧室的后面,燃烧室前面的是压气机。
涡轮前燃气温度一般不超过1200摄氏度,现代的单晶涡轮叶片使用高强度的合金制成的。
图中站位6就是涡轮。
关于材料:镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650~1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
在镍基铸造高温合金中发展出了定向结晶涡轮叶片和单晶涡轮叶片。
定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界,使全部晶界平行于应力轴方向,从而改善了合金的使用性能。
单晶叶片消除了全部晶界,不必加入晶界强化元素,使合金的初熔温度相对升高,从而提高了合金的高温强度,并进一步改善了合金的综合性能。
航空燃气轮机燃烧室的主要组成部分有:扩压器(Diffuser),机匣(Case),帽罩(Cowl),油喷嘴(Fuel Nozzle),旋流器(Swirler),头部端壁(Dome),火焰筒(Liner)。
火焰筒上开有各种孔,主燃孔,掺混孔,气膜冷却孔。
下面分别介绍各部分的主要功能。
(1)扩压器:降低压气机出口流速,恢复动压头,利于燃烧室组织燃烧;(2)机匣:用于安装火焰筒,连接发动机压气机部分和涡轮、加力燃烧室部分,是承力件;(3)喷嘴:用于燃油雾化;(4)旋流器:使气流旋转,产生回流区,稳定燃烧过程;注:目前发展趋势为,将上述二者结合,称之为空气雾化喷嘴;(5)帽罩:使空气按照环腔、头部所需量分股时,流动不发生分离,减小流动损失;(6)火焰筒:燃烧室承温部件,火焰筒上开有各种孔,实现(气量分配、前述的设计理念)在其间气液两相流稳定高效燃烧,并与冷气掺混,满足出口温度分布需要,同时壁面采取有效的冷却防护措施,防止烧坏。
航空发动机的未来趋势

航空发动机的未来趋势航空发动机作为飞机的“心脏”,对于飞机的性能和安全起着至关重要的作用。
随着科技的不断进步和航空业的快速发展,航空发动机也在不断演进和创新。
本文将探讨航空发动机的未来趋势,包括燃料效率的提升、环保要求的增加以及数字化技术的应用等方面。
燃料效率的提升随着全球对环境保护意识的增强,航空业对于燃料效率的要求也越来越高。
未来航空发动机将继续致力于提高燃料效率,以减少对化石燃料的依赖和减少碳排放。
其中一项重要的技术是涡轮扇发动机的进一步改进。
通过提高涡轮扇发动机的压比和推力比,可以实现更高效的燃烧过程,从而提高燃料效率。
此外,新材料的应用也是提高燃料效率的重要途径。
例如,复合材料在航空发动机中的应用可以减轻发动机的重量,从而降低燃料消耗。
同时,新材料的使用还可以提高发动机的耐久性和可靠性,减少维护和修理的成本。
环保要求的增加随着全球对环境污染问题的关注度不断提高,航空业对于航空发动机的环保要求也在不断增加。
未来航空发动机将面临更严格的排放标准和噪音限制。
为了满足这些要求,航空发动机制造商将不断改进发动机设计和燃烧技术。
一方面,航空发动机将采用更先进的燃烧技术,如低排放燃烧室和高效燃烧控制系统,以减少氮氧化物和颗粒物的排放。
另一方面,降噪技术也将得到广泛应用。
例如,通过改进发动机外壳和减震装置,可以有效降低飞机起飞和降落时产生的噪音。
数字化技术的应用随着数字化技术的快速发展,航空发动机制造商也开始将其应用于发动机的设计、制造和维护过程中。
未来航空发动机将更加智能化和自动化,以提高效率和可靠性。
在设计方面,数字化技术可以帮助工程师进行更精确的模拟和优化,从而提高发动机的性能和可靠性。
在制造方面,数字化技术可以实现更高精度的零部件加工和装配,减少人为错误和提高生产效率。
在维护方面,数字化技术可以实现对发动机的实时监测和预测性维护,及时发现并解决潜在问题,减少停机时间和维修成本。
结论航空发动机作为航空业的核心技术之一,其未来趋势将主要集中在燃料效率的提升、环保要求的增加以及数字化技术的应用上。
航空发动机技术的现状和未来趋势

航空发动机技术的现状和未来趋势一、航空发动机技术的现状随着现代航空业的快速发展,航空发动机技术也在不断的更新和改进,追求更加高效、节能,环保的发动机技术。
当前的航空发动机技术主要有以下方面的特点:1. 更高的效率航空公司众所周知,航空燃油的成本在整个运营成本中占有很大比例,所以不断提高发动机的效率也是制造商和航空公司的共同愿望。
最新的航空发动机采用先进的设计和工艺,使得发动机能够更加有效地利用燃料,提高效率。
2. 更加环保随着气候变化和环保问题的日益凸显,对航空发动机的环保性能要求也越来越高。
航空公司需要找到更加环保和低排放的方式运营,因此发动机制造商倾向于使用更加环保的材料和技术,比如生物燃料或者燃气轮机技术等。
3. 更加智能化如今的发动机已经不再是简单的燃烧燃料拉动飞机的工具,而是一个智能化的系统。
许多航空发动机配备了各种传感器和电子设备,用于监测发动机的运行情况。
这些数据可以通过云计算和大数据分析,评估发动机的维护状态和未来的故障预测,有利于降低维护成本并提高飞机的可用性。
二、航空发动机技术未来的趋势1. 轻量化轻量化是未来发动机技术的主要趋势。
减重不仅能减少燃料消耗和提高发动机的效率,同时还有助于提高机身的维护率和空载能力。
因此,制造商正在开发新的材料和结构,比如复合材料、高温合金等,使得发动机在减重的同时保持足够的耐用性和稳定性。
2. 高度自动化自动化是未来发动机技术的另一个趋势。
目前,操作发动机的大多数工作都是由飞行员完成的。
而高度自动化的发动机将会减轻飞行员的负担,从而更加可靠、高效的运行飞机。
未来,发动机将通过机器学习、人工智能、与其他设备和系统的连接,大大降低操纵门槛。
3. 高可靠性和更长的寿命未来的发动机将逐渐实现更高的可靠性和更长的使用寿命。
制造商将探索借鉴汽车工业的方法,采用运行数据收集,完善发动机看护、维护,最大限度地延长发动机的寿命。
此外,发动机制造商将协助飞行员实现更安全、可靠的操作,从而降低飞行任务的难度。
民用航空发动机低排放燃烧室技术发展现状及水平_张弛

民用航空发动机低排放燃烧室技术发展现状及水平_张弛民用航空发动机低排放燃烧室技术是当前航空工业领域研究的热点之一、由于航空工业的发展与环境保护的矛盾日益突出,航空发动机的低排放燃烧室技术发展成为关注的焦点。
本文就民用航空发动机低排放燃烧室技术的发展现状及水平进行探讨。
首先,当前航空发动机低排放燃烧室技术发展已经取得了一定的成果。
随着环保意识的觉醒和法规的引导,航空发动机制造商开始加大对低排放技术的研发投入,以满足日益严格的环保要求。
一些航空发动机制造商已经在新型发动机上采用了低排放燃烧室技术,如喷射壁面涡流技术、预混合燃烧技术和多级燃烧技术等,以减少氧化氮和颗粒物的排放。
这些技术的应用使航空发动机的排放量显著降低,达到了国际领先水平。
其次,航空发动机低排放燃烧室技术的发展还存在一些挑战。
一方面,由于航空发动机的工作环境极其恶劣,燃烧室受到高温、高压和高速流动等多种复杂因素的影响,技术难度较大。
另一方面,新技术的实用性和可行性仍然有待进一步验证。
此外,航空发动机的研发周期长、成本高,需要更多的科研力量和资金支持。
最后,航空发动机低排放燃烧室技术的发展方向主要集中在以下几个方面。
一是优化燃烧室结构,提高燃烧效率和燃烧稳定性,减少有害物质的生成。
二是引入新材料和新工艺,提高燃烧室的耐高温和抗腐蚀性能,延长发动机的使用寿命。
三是采用智能控制技术,实时监测和调整燃烧过程,降低排放。
四是提高燃料的燃烧效率和环保性能,减少尾气排放。
综上所述,民用航空发动机低排放燃烧室技术的发展取得了一定的进展,但仍然存在一些挑战。
未来的发展方向主要包括优化燃烧室结构、引入新材料和新工艺、采用智能控制技术和提高燃料性能等。
这将需要航空发动机制造商加强合作,加大研发投入,不断推动技术的创新和发展,以实现航空工业与环境保护的和谐共赢。
航空发动机制造技术发展及发展趋势

航空发动机制造技术发展及发展趋势大家好,今天我们来聊聊航空发动机制造技术的发展趋势。
我们要知道,航空发动机是飞机的“心脏”,它决定了飞机的速度、高度和航程。
那么,航空发动机制造技术的发展又是如何影响到我们的出行体验呢?接下来,我将从以下几个方面为大家详细介绍。
1.1 航空发动机制造技术的现状目前,航空发动机制造技术已经取得了很大的进步。
以前,航空发动机的噪音大、耗油多、寿命短,给乘客带来了很大的不适。
而现在,随着科技的发展,航空发动机的性能得到了极大的提升,噪音降低了很多,耗油也减少了,寿命也变得更长了。
这要归功于先进的材料、工艺和设计。
1.2 航空发动机制造技术的发展趋势那么,未来的航空发动机制造技术会朝着什么方向发展呢?我认为,有以下几个趋势:第一,绿色环保。
随着人们对环境保护意识的提高,航空发动机制造技术也会越来越注重环保。
比如,采用新型的低排放材料、优化燃烧过程等,以减少对环境的影响。
第二,高效节能。
未来的航空发动机将会更加高效节能。
这需要我们在材料、工艺和设计等方面进行创新,以提高发动机的热效率和燃油效率。
第三,智能化。
随着人工智能技术的发展,未来的航空发动机将会更加智能化。
通过实时监测和调整发动机的工作状态,可以实现更精确的控制,提高飞行的安全性和舒适性。
第四,轻量化。
为了降低飞机的重量,未来的航空发动机将会更加轻量化。
这需要我们在材料、结构和工艺等方面进行创新,以减轻发动机的重量。
2.1 航空发动机制造技术的挑战虽然航空发动机制造技术有很大的发展潜力,但同时也面临着一些挑战。
比如,如何提高发动机的可靠性和安全性;如何降低制造成本;如何在保证性能的同时实现轻量化等。
这些都是我们需要努力去克服的问题。
2.2 航空发动机制造技术的未来展望总的来说,随着科技的不断进步,航空发动机制造技术将会越来越先进。
未来的航空发动机将会更加环保、高效、智能和轻量化。
这将为我们带来更好的出行体验,让我们的天空更加湛蓝。
航空发动机燃烧问题研究及改进探索

航空发动机燃烧问题研究及改进探索航空发动机是现代航空飞行的核心动力装置,其燃烧过程对发动机性能和环境污染都有重要影响。
航空发动机燃烧问题研究及改进探索着眼于提高燃烧效率、减少燃烧排放,以满足航空工业的可持续发展需求。
航空发动机的燃烧问题主要体现在燃烧效率、燃烧不稳定性和排放污染三个方面。
首先,燃烧效率直接影响到发动机的能量利用效率和燃油消耗情况。
其次,燃烧不稳定性可能导致喷焰暴露于发动机壁面,从而引发过热和损坏。
最后,燃烧过程会产生一系列的氮氧化物、一氧化碳和颗粒物等有害排放物,对环境造成负面影响。
针对航空发动机燃烧问题,研究人员从燃料燃烧、燃烧室设计和燃烧控制等方面进行改进探索。
燃料燃烧是影响燃烧过程最为关键的因素之一。
研究人员通过合理选择燃料类型和燃烧过程中的燃料分配方式,以优化燃烧过程。
举例来说,并非所有燃料都适用于航空发动机,某些燃料可能会在高温高压下发生不稳定的燃烧反应,因此需要进行深入的研究和评估。
此外,采用多元混合燃料或者添加适量的添加剂可以改善燃烧效率和减少燃烧排放。
燃烧室设计也是燃烧问题改进的重点之一。
优化燃烧室的结构和气流分布,可以改善燃料的混合和燃烧过程。
例如,采用先进的涡流燃烧室设计可以增加燃料与氧气的混合程度,提高燃烧效率。
此外,采用先进的燃烧室壁面材料和冷却技术可以减少燃烧室壁面温度和损耗,提高燃烧的稳定性和可靠性。
燃烧控制是改善燃烧问题的另一个重要途径。
通过优化燃烧控制系统的设计和自动化算法,可以实现燃烧过程的准确控制。
例如,采用先进的燃烧控制系统可以实时监测和调节燃烧室内的温度、压力和燃料供给,从而实现燃烧过程的稳定控制。
此外,采用预混合燃烧技术可以减少燃烧温度,降低燃烧产物的排放量。
除了以上研究和改进措施,航空发动机燃烧问题的研究还需要跨学科的合作与交流,以促进燃烧科学和工程的发展。
在材料科学、动力学、热化学和流体力学等领域的交叉研究中,可以探索出更加创新和高效的燃烧技术。
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航空发动机燃烧室的现状和发展田明(航空工程系飞动1601 学号:1240801160145)摘要:燃烧室(又称主燃烧室)是用来将燃油中的化学能转变为热能,将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许的温度。
燃烧室是航空发动机三大核心部件之一,其性能直接影响整个发动机性能。
本文将介绍航空发动机燃烧室发展的现状和未来,涵盖对燃烧室的设计要求、一些先进的创新燃烧室、燃烧室的一些技术特点和先进的低污染燃烧技术以及对与未来航空发动机燃烧室方面的展望。
关键词:航空发动机;燃烧室;主动燃烧控制;氢燃烧;低污染燃烧技术0 引言现代航空发动机燃烧室建立在高性能、高可靠性、宽稳定工作范围的设计基础上。
由于发动机的发展要求不断提高推重比,因此,它必须在更高压比和燃烧室进、出口温度下工作,同时期望高功率下热力循环更有效,这将使未来的发动机工作循环不可避免的产生较高的NOx 和烟排放,因此,低污染设计就成为燃烧室性能的关键指标之一。
[1]本文主要论述现代军用发动机燃烧室和新型燃烧室,并简明论述传统燃烧室的重要改进和设计思想、方法的变化,提出研发的主要框架。
1 现代燃烧室的技术特点燃烧室是由进气装置(阔压器)、壳体、火焰筒、喷嘴和点火器等基本构件组成,根据主要构件结构形式的不同,燃烧室有分管(单管)环管和环形三种基本类型。
燃烧室的工作条件十分恶劣,而燃烧室的零组件主要是薄壁件,工作时常出现翘曲、变形、裂纹、积碳、过热、烧穿等故障。
[2]为此,燃烧室的设计应满足以下要求:(1)在地面和空气的各种气象条件和飞行条件下,启动点过迅速可靠。
(2)在飞行包线内,在发动机一切正常工作状态下,燃烧室应保证混合气稳定的燃烧,具有高的完全燃烧系数和低的压力损失系数。
(3)保证混合气在尽可能短的范围内完全地燃烧,燃气的火舌要短,特别是不能有余焰流出燃烧室,还应减少排气污染物的产生。
(4)出口的燃气温度场沿圆周要均匀,沿叶片应保证按涡轮要求的规律分布。
(5)燃烧室的零组件及其连接处应具有足够的强度和刚性,以及良好的冷却和可靠的热补偿,减小热应力。
(6)燃烧室的外轮廓尺寸要小,轴向尺寸要短,重量要轻,具有高的容热强度。
燃烧室的结构要简单,有良好的使用性能,维护检查方便,使用期限长。
2 燃烧室设计和研究方法的进展2.1 燃烧室设计的重要改变(1)火焰筒是燃烧室的主要构件,是组织燃烧的场所。
由于燃烧室进、出口温度的提高使火焰筒主燃区温度很高,火焰筒壁面温度相应升高,因此,需要更多的冷却空气用于火焰筒壁面冷却,这相应减少了火焰筒头部的进气量。
(2)火焰筒按其制造方法,可以分为机械加工和钣金焊接两种类型;按其冷却散热方式,又可分为散热片式和气膜式。
火焰筒进气规律的创新设计与传统设计不同。
传统设计是指主燃孔、掺混孔和气膜孔的进气规律;创新设计是指采用火焰筒头部和喷嘴的进气占总进气量的80%~85%,其余为气膜冷却进气的进气规律,基本上无主燃孔和掺混孔,以此实现足够的温升和保证发动机循环工作中的燃烧效率。
这更减少了火焰筒的冷却空气,与长寿命设计有很大矛盾。
(3)随着航空发动机推重比的增加,燃烧室进出口的温度和压力也不断提高,这就要求试验件一方面要满足试验测试的结构要求;另一方面还要改善传统结构适应不断增加的热应力,以及对出口高温气体的冷却处理。
火焰筒头部进气量急剧增加,将使点火和火焰稳定更加困难,导致采用强旋流设计以稳定火焰;旋流流动又增加了混气在火焰筒中的停留时间,有利于完全燃烧。
[3](5)减轻质量对先进燃烧室设计一直很重要,这不仅影响着飞机的载荷能力,而且关系着整个飞机的性能。
减轻质量所带来的巨大效益是整个航空界必须认真对待的问题,也是我们永远不断探索的路线。
在已采用突扩扩压器和短火焰筒情况下,减轻质量和减少压力损失的主要方法是将扩压器和火焰筒头部整合在一起。
此方法是1 项创新研究。
(6)在研燃烧室设计的1 种趋势是火焰筒的长度和腔高比<2,这不利于出口温度分布的均匀性。
因此,必须使喷嘴喷出的燃油和空气充分混合,以获得涡轮和火焰筒都允许的合理温度分布。
喷嘴和火焰筒头部组合设计不仅在第4 代燃烧室设计中采用,而且在推重比15 的发动机中也将进行更有效的优化和发展。
[4](7)环境保护法规的要求迫使在研燃烧室寻求1种可变旋流喷嘴,使其在低功率下进行富油稳定燃烧;在高功率下进行低污染排放燃烧。
正在研究流体控制的变几何燃油喷嘴,这将会有效解决上述问题,有效的实现低污染排放燃烧,有效的实现可持续发展战略。
上述技术要求都是在权衡、折中,并通过优化来达到设计目标的。
2.2 燃烧室设计方法的进展经过4 代燃烧室的研发,其设计方法已有了很大进展。
概括为:(1)经验设计法。
该方法主要结合以往的经验公式,在前人总结的基础上来研发新的产品,这是任何行业都必要的最有效的方法,正所谓前事不忘后事之师。
以试验为主,结合可用的经验公式进行。
第2、3 代发动机燃烧室基本采用这种方法设计。
新燃烧室设计要采用基准型燃烧室,并按新机的飞行包线进行燃烧室性能、寿命的预估。
(2)经验与计算燃烧动力学CCD 相结合方法。
该方法在燃烧oktv室改型中取得重要应用。
20 世纪90 年代后,CCD 的进展已能够进行在研燃烧室的性能、寿命、污染排放水平评定,利用CCD 对设计过程进行定性指导。
第 4 代发动机燃烧室是这种设计方法的产物,美国应用该方法设计了15 个先进燃烧室和3 个新结构燃烧室。
该方法明显减少了试验次数,节省了研制时间。
3 创新燃烧室3.1 驻涡燃烧室GE 公司和美国空军研究实验室曾联合开发了用于航空发动机的驻涡燃烧室TVC (Trapped Vortex Combustor),它已通过性能评估。
曾进行了驻涡燃烧室的基础试验和大量数值模拟,其主要研究结果有:(1)环腔内速度较大,使油气混合速率提高2 倍。
整个燃烧反应都限制在腔内。
(2)驻涡腔内气体卷吸空气流较少时,产生富油现象。
腔内温度瞬态值为2100 K 左右。
(3)地面点火、贫油熄火、高空点火均优于常规旋流燃烧室50%,燃烧效率达到99%以上;稳定工作范围比传统燃烧室宽40%;(4)凹腔中温升约1670 K。
3.2 双环腔预混旋流(TAPS)燃烧室TAPS燃烧室主要应用于民航发动机,主要为了降低NOx。
TAPS燃烧室实际采用径向分级燃烧技术,即采用常规值班燃烧技术和预混燃烧技术。
TAPS燃烧系统的空气动力设计和研发过程广泛采用单管燃烧室模型试验-扇形段试验-全环燃烧室试验。
应用CCD技术定性了解试验件。
[5]在CFM56-7B发动机上,进行了发动机性能、排放、恶劣天气和耐久性(4000次模拟叶片循环)试验。
DAC TAPS 试验是GE 90发动机在全尺寸环形燃烧室试验器上进行。
4 先进低污染燃烧技术燃料燃烧所引起的对大气环境污染,其中污染物氧化氮较难处理.为此,世界各国对NOX 的污染问题给予高度重视,除了对前述所涉及的各种低污染燃烧室进行了大量的研制工作外;近年来,还对一些新的低污染燃烧技术开展了研究,并促使其迅速发展。
到现在为止,国际民航组织( International Civil Aviation Organization,ICAO) 已经公布了关于民用航空发动机排放标准的4 个版本,目前执行的是2005 年修订后的CAEP/6( Committee onAviation Environmental Protection /6 ) 标准。
对冒烟、一氧化碳和未燃碳氢的规定从CAEP/1 到现在没有任何改变,主要是对NOx的限制规定日趋严格[6-7]从2014 年开始,将执行CA-EP /8 标准,NOx排放进一步降低15%,并且考虑设置CO2的排放标准,对细小固体颗粒物( PM)排放限制也更加严格[8]。
本节将对贫油直接喷射、燃料电池和主动燃烧控制等新低污染燃烧技术作简要介绍4.1 贫油直接喷射贫油直接喷射(Lean direct injection, LDI)[9]是采用多点直接喷射把燃油输入燃烧室内,在喷射点处为局部富油燃烧,以增加燃烧稳定性,然后与空气快速混合形成均匀贫油混气进行燃烧,消除局部过热点,降低燃气温度,从而抑制NOX的排放.虽然喷射点处为富油燃烧,可能会增加NOX生成.但由于混气在高温区停留时间很短,故增加NOX量很少.LDI的关键技术是如何使燃油与空气迅速混合[10],将该技术与其他低污染燃烧方案一起配合使用,效果更好.4.2 燃料电池技术燃料电池是一种不经过燃烧,将氢直接转化为电能和热量的电化学设备,燃料电池也是绿色的发动机,因为它以氢为能源,排气中只有水。
因此,21世纪的航空推进将从当前依靠化学燃烧的能源逐渐转向一个采用混合能源的系统,最后将转向大部分依赖基于电化学能源.向绿色发动机过渡的第一步是实验性地发展以燃料电池为动力的无人机和通用飞机。
因此来说,燃料电池的发展前景是十分广阔的,它将会改变整个航空界能源的重大变革。
4.3 主动燃烧控制技术主动燃烧控制(Active combustor control, ACC)通过迅速改变燃烧参数实现对燃烧过程的调节,对ACC的研究包括:燃烧不稳定性、出口温度分布系数和污染最小等三方面主动控制技术.目标是验证航空发动机飞行包线范围内污染排放都达到超低水平的主动燃烧控制燃烧室.从长远来看,除了控制燃烧室动态特性外还可提供实时状态监控能力,以便控制使用中恶化,安全地减小混气的富油裕度,从而使NOX排放降到最低.[11]以上三项新的低污染燃烧技术实现难度较大,但它们可使NOX排放降到最小,同时还可提高发动机性能.因此有着广阔的应用前景,值得我们在这方面深入的研究。
5 总结航空发动机的燃烧室系统及其相关技术是随着航空工业的不断发展而发展起来的,不同的航空用途对于发动机燃烧室提出了相对不同的性能要求。
第3、4 代战斗机发动机燃烧室是在增压比25下设计的短环、短突扩压器、机加、分段火焰筒。
第4 代燃烧室的燃烧效率并没有明显提高,但强调了可靠性、维修性,突出作战适用性;降低污染物排放并没有作为关键指标设计;浮壁结构是 1 项重大突破。
火焰筒头部和喷嘴构成组合体是 1 种创新设计,其进气量占总气量的80%~85%,这种设计必须采用强旋流,以保证点火可靠和火焰稳定性。
驻涡燃烧室是分级燃烧室,其点火、燃烧稳定范围、贫油熄火特性均优于传统燃烧室,适合战斗机发动机;TAPS 燃烧室火焰筒头部组合设计采用径向分级的成熟技术,是CCD 和试验相结合研发的产物。
主动燃烧控制中燃烧室出口温度分布系数控制的关键技术是研发油气管理系统。
结合中国发动机燃烧室研发现状,认为燃烧室设计开始就应贯彻结构完整性设计,燃烧效率99%,火焰筒头部强旋流,其主燃区浮壁结构,过多浮壁板造成质量增加,开展喷嘴副油路的主动控制技术;创造条件摸索多喷嘴单元体燃烧室设计及其试验,开展CCD 和燃烧室目标设计相结合的高效研发过程研究。