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航发科普 | 燃烧吧,小宇宙!
加入时间:2021/1/29 来源:admin 访问量:519

   每个人的心中都有一个“小宇宙”,在我们遇到困难时、拼搏奋斗时,能带给我们精神力量,激励我们前进。你知道吗?在飞机的“心”中,也有一个“小宇宙”——航空发动机燃烧室,航油在这里燃烧产生能量,驱动涡轮做功,为航空发动机提供动力。今天,让我们来认识一下这个能量满满的“小宇宙”。


  1  燃烧室都有哪几类?


   燃烧室的功能是将燃料的化学能通过燃烧转化为热能,形成的高温高压燃气驱动涡轮做功。航空燃气涡轮发动机的燃烧室分为主燃烧室和加力燃烧室,主燃烧室是发动机核心机的三大核心部件之一。


   主燃烧室可分为单管燃烧室、环管燃烧室、环形燃烧室。早期的燃烧室多为单管燃烧室,后来发展为环管燃烧室,上世纪六十年代,人们研制出环形燃烧室,成为大多数燃气涡轮发动机的选择。目前的航空发动机普遍采用环形燃烧室,在使用离心式压气机的发动机中,为了缩短轴距,常使用环形回流燃烧室或环形折流燃烧室。


   2 现代燃烧室的发展


   现代高性能发动机对主燃烧室提出了越来越高的要求,军用发动机燃烧室需要具有更高的温升工作能力和更宽的工作范围,而民用发动机燃烧室的污染排放指标极为苛刻。为应对这些挑战,现在的燃烧室研究主要朝着高温升、低排放两个方向发展。


   常见的军用发动机燃烧室


   旋流器阵列多点喷射燃烧室通过在传统燃烧室布置多个喷射点,让每个喷射点的燃料和空气快速混合、均匀燃烧,使每束火焰都能产生自己的回流区和燃烧区。同时,通过对喷射点的精准控制,不仅可以调节温度场,还有助于燃料更稳定、高效燃烧。


   驻涡燃烧室由凹腔结构和主燃区组成,可以实现发动机不同状态的分区分级燃烧,能够有效控制氮氧化物等污染排放物的生成。当发动机在点火、慢车等状态时,燃烧室只有驻涡区工作;当发动机在起飞、加速等状态时,燃烧室驻涡区和主燃区可以同时工作,保证燃烧功率。驻涡燃烧室的点火器位于驻涡区内,不易被吹熄,点火性能相较其他燃烧室也更加优越。


   涡轮级间燃烧室是在高低压涡轮之间再布置一个小型燃烧室,由于有涡轮级间燃烧室的存在,可以拓展压气机总增压比的设计范围,适当降低涡轮前温度提高涡轮寿命,实现高飞行马赫数下发动机推力更大耗油率更低的目标。


   超紧凑燃烧室是涡轮间燃烧室的进一步提高和发展,其基本原理是将燃烧室与高、低压涡轮导叶整合,实现在涡轮导叶内燃烧。美国空军研究实验室针对超紧凑燃烧室开展了研究。


   常见的民用发动机燃烧室


   实现发动机低排放的重点是进一步降低氮氧化物的排放,可以通过提高燃烧效率等措施实现。


   贫油预混预蒸发燃烧室通过在燃烧区加入大量空气,并使燃油和空气预先混合并完成部分蒸发再进行燃烧,污染排放特别是氮氧化物(NOx)显著降低。


   双环预混旋流燃烧室(TAPS)借鉴了分级分区燃烧和贫油预混燃烧的理念。目前,TAPS 燃烧室已发展了三代,分别为TAPS1、TAPS2 和TAPS3。TAPS1 功用于GEnx 发动机上,TAPS2用于LEAP系列发动机上。


   TALON 燃烧室使用富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧的(RQL)技术。PW公司将RQL燃烧技术用在V2500发动机上试验,其结果比当时的排放标准低50%。目前,使用该技术的TALONⅠ、TALONⅡ和TALONⅩ等一系列低排放燃烧室,已在PW4084、PW6000、PW8000 等发动机上成功应用。

 
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