航發科普
燃燒吧,小宇宙!
來源:       發布時間:2021-01-19

  每個人的心中都有一個“小宇宙”,在我們遇到困難時、拼搏奮斗時,能帶給我們精神力量,激勵我們前進。你知道嗎?在飛機的“心”中,也有一個“小宇宙”——航空發動機燃燒室,航油在這里燃燒產生能量,驅動渦輪做功,為航空發動機提供動力。今天,讓我們來認識一下這個能量滿滿的“小宇宙”。

  燃燒室都有哪幾類?
  燃燒室的功能是將燃料的化學能通過燃燒轉化為熱能,形成的高溫高壓燃氣驅動渦輪做功。航空燃氣渦輪發動機的燃燒室分為主燃燒室和加力燃燒室,主燃燒室是發動機核心機的三大核心部件之一。

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  帶加力燃燒室的渦輪風扇噴氣式發動機

  主燃燒室可分為單管燃燒室、環管燃燒室、環形燃燒室。早期的燃燒室多為單管燃燒室,后來發展為環管燃燒室,上世紀六十年代,人們研制出環形燃燒室,成為大多數燃氣渦輪發動機的選擇。目前的航空發動機普遍采用環形燃燒室,在使用離心式壓氣機的發動機中,為了縮短軸距,常使用環形回流燃燒室或環形折流燃燒室。


  現代燃燒室的發展
  現代高性能發動機對主燃燒室提出了越來越高的要求,軍用發動機燃燒室需要具有更高的溫升工作能力和更寬的工作范圍,而民用發動機燃燒室的污染排放指標極為苛刻。為應對這些挑戰,現在的燃燒室研究主要朝著高溫升、低排放兩個方向發展。


  常見的軍用發動機燃燒室

  旋流器陣列多點噴射燃燒室通過在傳統燃燒室布置多個噴射點,讓每個噴射點的燃料和空氣快速混合、均勻燃燒,使每束火焰都能產生自己的回流區和燃燒區。同時,通過對噴射點的精準控制,不僅可以調節溫度場,還有助于燃料更穩定、高效燃燒。

  駐渦燃燒室由凹腔結構和主燃區組成,可以實現發動機不同狀態的分區分級燃燒,能夠有效控制氮氧化物等污染排放物的生成。當發動機在點火、慢車等狀態時,燃燒室只有駐渦區工作;當發動機在起飛、加速等狀態時,燃燒室駐渦區和主燃區可以同時工作,保證燃燒功率。駐渦燃燒室的點火器位于駐渦區內,不易被吹熄,點火性能相較其他燃燒室也更加優越。

  渦輪級間燃燒室是在高低壓渦輪之間再布置一個小型燃燒室,由于有渦輪級間燃燒室的存在,可以拓展壓氣機總增壓比的設計范圍,適當降低渦輪前溫度提高渦輪壽命,實現高飛行馬赫數下發動機推力更大耗油率更低的目標。

  超緊湊燃燒室是渦輪間燃燒室的進一步提高和發展,其基本原理是將燃燒室與高、低壓渦輪導葉整合,實現在渦輪導葉內燃燒。美國空軍研究實驗室針對超緊湊燃燒室開展了研究。


  常見的民用發動機燃燒室

  實現發動機低排放的重點是進一步降低氮氧化物的排放,可以通過提高燃燒效率等措施實現。

  貧油預混預蒸發燃燒室通過在燃燒區加入大量空氣,并使燃油和空氣預先混合并完成部分蒸發再進行燃燒,污染排放特別是氮氧化物(NOx)顯著降低。

  雙環預混旋流燃燒室(TAPS)借鑒了分級分區燃燒和貧油預混燃燒的理念。目前,TAPS 燃燒室已發展了三代,分別為TAPS1、TAPS2 和TAPS3。TAPS1 功用于GEnx 發動機上,TAPS2用于LEAP系列發動機上。

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  V2500發動機

  TALON 燃燒室使用富油燃燒-快速淬熄-貧油燃燒的(RQL)技術。PW公司將RQL燃燒技術用在V2500發動機上試驗,其結果比當時的排放標準低50%。目前,使用該技術的TALONⅠ、TALONⅡ和TALONⅩ等一系列低排放燃燒室,已在PW4084、PW6000、PW8000 等發動機上成功應用。

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