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题目:加温条件下支板稳定器雾化性能研究

关键词:加温,雾化,支板稳定器,直射式喷嘴,拍照法

  摘要


出于对航空发动机高推重比的追求和余氧燃烧的需要,在现代战斗机中,加力燃烧室仍不可或缺。但是,一方面,加力燃烧室增推的同时会带来发动机重量增加,长度增长和非加力状态下的流动损失等;另一方面,随着对发动机性能要求的不断提高,加力燃烧室内燃油喷射、匹配、点火、稳焰和组织燃烧也较以前面临着更复杂的环境。

为了适应新形势的要求,将涡轮后承力框架支板进行改造,使之兼有加力燃烧室火焰稳定器的功能,并且将喷油杆在支板外置或内置,利用凹腔驻涡稳焰和突扩原理组织燃烧成为了新型加力燃烧室设计的一个方向。雾化性能决定燃烧性能,目前对于支板稳定器的雾化,特别是加温条件下的雾化情况并不清楚,需要对此展开研究。本文对加力燃烧室常用的直射式喷嘴、支板稳定器与直射式喷嘴匹配、喷油/稳焰一体化支板稳定器的在加温来流中的雾化情况进行了试验研究。

首先,使用普通相机拍照结合图像处理方法,在来流温度300~400°C,来流速度0.14~0.2Ma,油气动量比0.3~9,韦伯数60~141条件下,对单根喷油杆侧喷和顺喷进行了试验研究。通过侧喷试验证实了这种试验处理方法的正确可行性,并研究了顺喷时贯穿距离、喷雾锥角、破碎长度等参数随着油气动量比和温度等条件的变化规律。

其次,设计了新的试验段和试验件,并在来流温度300~400°C,速度0.14~0.2Ma下,用激光片光拍照法和高速摄像法分别开展了凹腔支板稳定器与直射式喷油杆匹配雾化的试验研究。研究表明,在试验条件下该支板的雾化场不均匀且随着时间变化,凹腔处有液雾存在。在此基础上总结了其雾化的动态过程。

最后,在来流温度300~400°C,速度0.14~0.2Ma下,改变冷却气压,使用两种方法对喷油/稳焰一体化支板稳定器雾化情况进行试验研究。结果表明,其雾化场不均匀且随时间变化,并对两种支板稳定器的雾化情况进行了对比分析。

本文的研究工作为加温来流中直射式喷嘴和新型支板稳定器的雾化研究奠定了基础,也可为新型一体化加力燃烧室设计、模拟和优化提供技术支持。