隨著航空業(yè)的不斷發(fā)展,各類軍用、民用飛機對發(fā)動機動力的需求和要求不斷提高,對航空發(fā)動機的設計提出了新的要求。但由于飛機對高推力的要求往往僅是在起動、爬升、應急機動等暫時狀態(tài)下,為解決這種情況,軍用發(fā)動機提出了“加力”的概念。目前廣泛應用于各類發(fā)動機的是復燃加力型加力燃燒室。其位于發(fā)動機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)的高溫燃氣形成穩(wěn)定的點火核,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)極大地提高燃氣溫度,增加發(fā)動機推力。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峻的考驗。針對這一問題,相關研究主要圍繞在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)構參數(shù)、設計一體化穩(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)動機的結(jié)構參數(shù),針對小型渦噴發(fā)動機微尺度的研究開展較少,針對這個問題,本文進行了相關的研究。本文探討了不同進氣參數(shù)及穩(wěn)定器結(jié)構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)相關模擬,并搭建了高溫熱風洞試驗臺,通過改變其進氣溫度及主燃燒室中的噴油量,并輔以補充氮氣的方法來改變加力燃燒室的進氣溫度,開展瞬態(tài)點火邊界試驗。(2)通過穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬與瞬態(tài)試驗相結(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;湍流強度場主要受穩(wěn)定器的張角、寬度,進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)速率則只受進口氣流溫度的影響。從瞬態(tài)試驗中可以得知:進口氣流溫度越高,成功點火并產(chǎn)生穩(wěn)定火焰所需的油量越少。(3)此外,本文還通過數(shù)值模擬及整機試驗的方法對小型渦噴發(fā)動機中主燃燒室內(nèi)部額外噴油產(chǎn)生高溫熱流對加力燃燒室進行點火的高溫熱射流新型點火方法進行了探索。還針對小型渦噴發(fā)動機的尺寸限制,探討了加力燃燒室長度對燃燒效率的影響。通過數(shù)值模擬與整機試驗相結(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火方式能夠有效點燃加力燃燒室使其正常工作,但缺點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)動機推力。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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)動機上的附加部件，會明顯地增加發(fā)動機整機的質(zhì)??量和長度。對于大部分發(fā)動機來說，加力燃燒室的質(zhì)量一般會占到整機重量的??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，隨著理論與技術的不斷發(fā)展，渦扇發(fā)動機逐漸成為各類戰(zhàn)斗機的首??選發(fā)動機。相比于渦噴發(fā)動機，渦扇發(fā)動機巡航經(jīng)濟性更好，使用加力燃燒室??時能達到的加力比更大。渦扇發(fā)動機加力燃燒室與渦噴發(fā)動機的主要區(qū)別在于??外涵流道的存在，以及為此增設的內(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