题目：航发燃烧室贫熄实验及控制技术研究

贫熄边界在飞机的飞行包线中起着重要的作用。半经验关系式作为一种方便、快捷的贫熄边界预测方法在飞机发动机主燃烧室初步设计阶段被广泛使用。在这些经验关系式中，Lefebvre贫熄关系式的应用最广。然而，在Lefebvre关系式中无法体现掺混孔前燃烧室结构的变化对贫熄边界的影响，因此该模型在现代航空发动机燃烧室贫熄预测中会带来很大误差。为了提高Lefebvre贫熄模型的预测精度，本文首先从Lefebvre模型的推导过程入手，找到模型中存在的问题，然后在贫熄过程的可视化实验观察的基础上提出了火焰体积的概念并建立了新的贫熄物理模型，最后，在新物理模型的基础上通过理论推导得到改进的贫熄模型，也就是本文提出的FV模型。随后，为了对改进的贫熄模型进行验证以及探索一些能有效拓宽燃烧室贫熄边界的控制技术，本文针对三种不同旋流燃烧室，研究了改变燃烧室头部和主燃孔的一些结构参数对贫熄边界的影响。在这些贫熄实验的基础上，验证了模型的合理性及预测精度，同时提出了一种利用弹簧管来拓宽燃烧室贫熄边界的控制技术，通过该控制技术可实现根据喷嘴喷油量的变化来对燃烧室头部进气的无级调节以此来达到拓宽整个燃烧室贫熄边界的目的。研究结果如下：1）燃烧室接近熄火时，火焰只存在于火焰筒头部的一小部分空间而不是整个燃烧室，根据这一发现，提出了火焰体积的概念并建立了新的贫熄物理模型，然后在新物理模型的基础上经过理论推导得到改进的贫熄关系式，即FV贫熄模型；2）在改进的FV模型中，包含两个重要参数，这两个参数可以体现燃烧室头部结构和主燃孔布局变化对贫熄边界的影响；3）具体到本研究中所采用的25种燃烧室结构，采用改进的FV贫熄模型可大幅度提高贫熄边界预测精度，从原来的（Lefebvre贫熄模型）约±45%的误差，大幅降低为±15%左右；4）在双径向旋流燃烧室中，减少头部旋流器进气量，燃烧室的贫熄边界变宽。半堵一级旋流器和两级旋流器都半堵，燃烧室的贫熄边界分别拓宽约8.28%和8.18%，这说明燃烧室接近熄火时一级旋流器进气量对贫熄边界的影响最大，参与燃烧的空气量主要来自一级旋流器。此外，半堵两级旋流器同时半堵主燃孔，燃烧室的贫熄边界明显变宽，贫熄边界变宽约14.2%。5）可视化窗口对燃烧室的贫熄边界影响不大，几乎可以忽略；6）在双轴向旋流燃烧室中，增加一、二级旋流器进气面积可有效拓宽燃烧室的贫熄边界，分别拓宽边界约11.8%，16.6%；而缩短喉道距喷嘴出口距离、增大套筒角度对燃烧室稳定工作范围的影响相当，分别拓宽边界8.4%，7.2%；增加主燃孔个数对燃烧室贫熄性能影响最小，几乎可以忽略。7）在轴径向旋流燃烧室中，缩短喉道距喷嘴出口距离对燃烧室贫熄边界的影响最大，缩短喉道距喷嘴出口距离可拓宽燃烧室贫熄边界约14.9%；而减小一级进气面积、减小二级进气面积，增加主燃孔个数对燃烧室的贫熄性能影响相当，分别拓宽熄火边界9.7%，5.0%和7.6%。8）首次提出了利用弹簧管来实现燃烧室头部的变几何结构，并提出了拓宽径向和轴向旋流燃烧室贫熄边界的实现方法。