Experimental Study on Effects of Fuel Injection on Scramjet Combustor Performance

In order to investigate the effects of fuel injection distribution on the scrarnjet combustor performance, there are conducted three sets of test on a hydrocarbon fueled direct-connect scramjet test facility. The results of Test A, whose fuel injection is carried out with injectors located on the top-wall and the bottom-wall, show that the fuel injection with an appropriate close-front and centralized distribution would be of much help to optimize combustor performances. The results of Test B, whose fuel injection is performed at the optimal injection locations found in Test A, with a given equivalence ratio and different injection proportions for each injector, show that this injection mode is of little benefit to improve combustor performances. The results of Test C with a circumferential fuel injection distribution displaies the possibility of ameliorating combustor performance. By analyzing the effects of injection location parameters on combustor performances on the base of the data of Test C, it is clear that the injector location has strong coupled influences on combustor performances. In addition, an irmer-force synthesis specific impulse is used to reduce the errors caused by the disturbance of fuel supply and working state of air heater while assessing combustor performances.

燃烧室火焰筒头部性能对比试验

根据前期某型发动机燃烧室头部降低冒烟数性能试验结果,火焰筒头部结构存在高温烧蚀变形痕迹,为保证该结构工作可靠性和使用寿命,将原型燃烧室火焰筒头部传统的孔板+挡溅板的冷却结构改进为带有一定角度的收敛双锥形冷却结构,并在单管燃烧试验器、扇形燃烧室试验件上采用连续气源、模拟参数进行了性能对比试验,录取了改进前后2种头部的点熄火边界、燃烧效率及头部壁温。结果表明:在同工况下,改进后的火焰筒头部着火余气系数更大,点火边界更宽;贫油熄火边界相当;燃烧效率基本相当,均大于0.99,符合性能要求;改进后火焰筒头部壁温较原型的有较大降低,温度分布更均匀。

三头部燃烧室旋转滑动弧点火实验研究

基于燃烧室常用的斜切孔+径向叶片式涡流器,设计并加工了旋转滑动弧涡流器。放电试验表明,旋转滑动弧涡流器可在预定位置产生稳定的旋转滑动弧。在三头部燃烧室试验件上开展了旋转滑动弧点火试验。结果表明,在地面常温、地面低温及3.0km空中环境,相比常规点火,点火油气比下降超过20%;在4.5km空中及5.5km空中环境,点火油气比高于常规点火。低温低压条件下旋转滑动弧放电能量大幅减小。相比环境温度的降低,环境压力的下降对旋转滑动弧的工作影响更大。采用旋转滑动弧点火后,燃烧室的着火时间、联焰时间及点火时间均有缩短。其中,着火时间缩短最为明显,缩短幅度超过60%。联焰时间及点火时间的缩短主要得益于第一阶段着火时间的大幅缩短。

喷嘴特性对双旋流燃烧室出口温度分布影响的实验研究

本文以双旋流全环燃烧室为试验对象,在高温高压试验条件下,通过调整全环燃油喷嘴的流量离散度和径向位置来研究其对出口温度分布的影响。试验结果表明,当喷嘴燃油流量离散度控制在±4%以内时,采用简单的大、小流量喷嘴间隔搭配的方案即可保证出口温度分布的均匀性;当燃油流量离散度放大到4%~8%时,采用本实验研究的搭配方案仍可保证出口温度分布的均匀性;当燃油流量离散度放大到10%时,通过调整喷嘴搭配方案已经无法保证出口温度分布均匀性。燃油喷嘴径向位置较火焰筒头部中心线偏离旋流杯腔道高度的11.5%以内时,不影响出口温度分布的均匀性。

混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统设计、集成与调试

设计、集成了由涡轮增压器、脉冲爆震燃烧室、燃油供给单元、润滑单元和测控单元构成的混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统。初步实验研究表明该系统运行可靠。当脉冲爆震燃烧室与涡轮组合工作时,可在一定频率范围内稳定工作;爆震室头部及管壁沿程压力相对于爆震室独立工作时有所提高;压气机出口空气流量远大于爆震室进口空气流量,证明利用压气机给爆震室供气是可行的。在5Hz爆震频率下,涡轮被爆震产物冲击20min后,叶片没有任何烧蚀和裂纹出现。

20MWMHD燃煤燃烧室热态试验研究

介绍了东南大学热能研究所设计的热输入为２０ＭＷ的燃煤燃烧室热态试验的情况。试验结果表明，各项指标基本达到设计要求。

固体火箭冲压发动机补燃室绝热层烧蚀试验研究

补燃室热防护系统研究是飞航导弹固冲发动机研究的一项重要内容。设计了固冲试验发动机,采用新型绝热材料作为补燃室绝热层,并通过直连式试验研究考核该绝热层在补燃室恶劣条件下的工作情况,为固冲发动机补燃室热防护系统研究提供了可借鉴的资料。

国外航空发动机空气动力学研究概况

在航空发动机研制过程中,会遇到一系列空气动力学问题,尤其是压气机、燃烧室、涡轮等重要部件的研究,需掌握复杂的空气动力学流动机理与物理现象。对此,国外进行了大量研究。本文综述了国外主要航空大国在航空发动机空气动力学研究方面的基本情况,主要包括研究机构设置、主要研究工作及重要研究设备。最后,结合国内的研究现状,为我国开展航空发动机空气动力学研究提出几点建议。

超燃冲压发动机燃烧效率测量方法简介

在进行超燃冲压发动机燃烧室性能评估时,燃烧效率是一个非常重要的指标。然而由于燃烧室内高温、高速等复杂条件的影响,很难对燃烧效率进行直接的确定。对常见的气体采样法、红外线法、体积热量法、推力测量法和冲量函数法等基于试验测量的超燃冲压发动机燃烧效率确定方法进行了详细介绍,并对各自的特点进行了对比分析,供进行燃烧效率测量试验参考。

微细直管燃烧器的散热损失研究

为了解微细直管燃烧器散热损失的大小,采用内径为0.6mm的微细陶瓷管进行氧气和甲烷气体的燃烧实验,测量了微细直管外壁面的温度,研究了氧气和甲烷的总流量和质量比对壁面散热的影响,以及不同总流量下直管壁面温度的动态变化过程。研究结果表明,混合比小于当量混合比时,随着混合比的增加,燃烧放热功率增加,壁面温度升高,管壁的散热功率增加:管壁的散热量占了很大一部分燃烧放热量,文中测量的管壁散热量最大为燃烧放热量的42%;在管壁散热量中,辐射散热量占很大一部分,最大达到总散热量的65%;随着总流量的增加,燃烧反应区的长度增加,轴向的壁面温差减小,壁面升温速率增大。

碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室控制试验

设计了超燃冲压发动机燃烧室控制回路,采用基于可调气蚀文氏管的燃料流量调节系统动态调节燃料流量,根据反馈的推力和隔离段压强等测量数据进行燃烧室推力增益控制和燃烧室-隔离段干扰控制,并在直连式超燃冲压发动机试验系统上进行了推力单水平控制试验和推力多水平/燃烧室-隔离段交互控制试验.试验表明:燃料流量调节系统工作稳定,文氏管按指令行程作动,流量调节过程清晰;测量推力随流量变化基本上同步变化;对目标推力增益和燃烧室-隔离段交互的控制有效,并为进一步深入研究超燃冲压发动机燃烧室控制问题奠定了基础.

机匣模拟疲劳试验的相似条件研究

理论分析和试验结果表明 ,受内压的机匣与其相应的平板模型在开孔附近的等效应力分布非常相似 ;机匣模拟疲劳试验的应力相似条件可表为 ,机匣与其模型在控制疲劳寿命的关键部位的等效应力水平和分布相同 .

航空发动机主燃烧室试验数据库的构建

航空发动机主燃烧室试验对主燃烧室的研制和发展具有重要作用,建立相关试验数据库将试验数据集中、有效地保存和管理,能够为主燃烧室研制提供必要的技术支持。从航空发动机主燃烧室的试验分类、数据库的设计思路、功能构建、系统的实现等方面详细阐述了主燃烧室试验数据库构建的需求。采用面向对象和界面可视化的编程方法建立航空发动机主燃烧室试验数据库,以及采用Java语言的数据库开发方法,为主燃烧室试验数据库的建设和管理提供了思路。

微型燃气轮机燃烧室性能试验测试

设计了一种以天然气为燃料的微型燃气轮机燃烧室,并对燃烧室的燃烧性能进行了试验测试。所设计的燃烧室为单级旋流器+主燃孔的折流式单管燃烧室,采用L型燃气导管实现气流在燃烧室内的180°转角;燃料喷嘴为多孔式,2排孔的喷射角度分别为120°和90°;通过掺混孔和燃气导管冷却孔相互配合的方式来满足燃烧室出口温度场的要求。测试结果表明:在设计点燃烧室的冷、热态压力恢复系数分别为0.955、0.940;点火燃空比为0.005~0.007,具有较好的点火特性;对贫油熄火特性影响较大的因素是燃烧室入口温度,当大气温度由?30 ℃升至30 ℃时,贫油熄火燃空比由0.002 6降低至0.002 3;排放及燃烧效率未能达到要求,尤其是CO排放较高,体积分数达到300×10–6;燃烧室出口温度分布的热点指标低于0.15,满足要求,但空气流量分配不合理导致火焰筒局部温度过高。

超燃冲压发动机燃烧室构型优化的试验研究

在直连式超燃冲压发动机试验系统上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型优化进行了试验研究。为了提高试验效率,燃烧室形面调节采用正交试验设计方法进行组织,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节3个当量比的燃料流量。利用试验数据构造燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,可用于燃烧室构型优化。通过两次渐进优化获得了性能更优的燃烧室构型,并根据试验数据分析了各构型参数对燃烧室性能的影响,结果表明:优化构型燃烧室的推力增益比基准构型增大了10.4%;燃烧室性能受各构型参数的强烈耦合影响。

超燃冲压发动机燃烧室构型对燃烧室性能影响

在超燃冲压发动机直连式试验台上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型进行了试验优化,并定量分析了燃烧室构型对燃烧室性能的影响。采用正交试验设计方法组织燃烧室形面调节,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节燃料流量实现3个当量比的燃烧室工况。利用试验数据构造了燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,经两次渐进优化获得了最佳燃烧室构型,其推力增益比基准构型增大了10.4%;试验误差小于5.0%,且试验调节参数基本呈正态分布;参数影响分析表明燃烧室性能受各耦合因素的强烈影响,各因素影响的差异不显著,且较小的第1级、第2级扩张角和较大的第3级、第4级燃烧室扩张角以及适当集中靠前喷油、适当提高当量比有利于获得更高的燃烧室性能。

国内外同类燃烧试验器试验数据差异分析

同一试验燃烧室,在国内外同类试验器上测取的试验数据有差异,对此进行了分析。

重型燃气轮机燃烧室设计与试验研究

完成了用于110MW级重型燃气轮机的干低排放燃烧室的设计和第一阶段试验验证。燃烧室采用轴向分级的贫油预混燃烧技术降低NOx排放,将火焰筒头部分为环形区、预混区和扩散区三个燃烧区。单管燃烧室全尺寸中压试验结果表明:在第一种工作模式下,燃烧室的总压损失、起动点火、燃烧效率、出口温度分布、压力脉动和火焰筒壁温均满足设计要求,但NOx排放超过设计要求。受周期和试验条件限制,第二种工作模式下的NOx排放试验尚未完成。

甲烷/氧气在微细直管内的燃烧和散热研究

为了解微细直管燃烧器的工作特点,采用内径2 mm和1.4 mm的微细不锈钢管和陶瓷管进行氧气和甲烷气体的燃烧实验,研究了氧气和甲烷在微细管内的燃烧特点以及微细管的散热损失.研究结果表明,当量比小于1时,由于CH4没有完全被氧化,生成了大量的H2和CO气体,减小了燃烧反应的放热量.当量比等于1时,CH4被完全氧化为CO2和水蒸气,此时的放热量最大,同时管壁的散热量也最大.不锈钢管的散热量最大,是发热量的22%,陶瓷管的散热量最大达到了16%.不锈钢管的壁面发射率较大,辐射损失所占的比例较大,最大达到总散热量的70%.由于陶瓷管的导热系数比不锈钢管小,沿轴线方向的壁面温度梯度比不锈钢管大,这样不利于轴向的传热,以及火焰的稳定.

旋流燃气灶数值模拟研究

为缩短燃气灶的研发周期、降低研发成本、进一步提高燃气灶热效率,以旋流燃气灶为对象,以甲烷为燃料,利用Fluent模拟软件,研究了锥角和锅支架高度、一次空气系数因素对燃气灶热效率的影响。模拟结果表明:旋流燃气灶热效率随这三个参数的增大均呈现出先增后减的规律,其最大值分别发生在一次空气系数为0.6、锥角为45°、锅支架高度为22.5 mm时。为确定这三个参数的不同组合对热效率的影响,采用正交试验研究了这三个参数对热效率影响的显著性。试验结果表明:一次空气系数为0.6、锥角为45°、锅支架高度为22.5 mm为最优水平组合。