扇形段与全环燃烧室熄火性能换算研究

为研究不同类型燃烧室试验件熄火性能之间的关系,开展了扇形段和全环燃烧室的熄火性能试验。通过试验对比了二者熄火规律的相似性和差异性,并分析了造成差异的主要因素。以Lefebvre熄火模型为基础,结合雾化数据,拟合得到扇形段与全环燃烧室的贫油熄火经验关系式,并推算出二者熄火性能的定量换算公式。结果表明:扇形段与全环燃烧室的熄火边界变化规律类似,但在相同的工作状态条件下,全环燃烧室的贫油熄火油气比小于扇形段的相应值。

燃气分析法在高温升全环燃烧室出口温度场试验中的应用

为了给某型高温升全环燃烧室的出口温度分布改进优化提供技术支持,采用燃气分析法和热电偶法2种测量方法测量出口温度场。燃气分析法通过2支5点非混合式取样器随旋转机构旋转1 80°,采集燃烧室出口600点样气,测量CO_2和CO_2种组分的体积分数进而计算燃气温度。在油气比0.03状态下,燃气分析法与热电偶法测量的燃烧室出口温度分布基本一致,在油气比0.037状态下,燃气分析法测到的热点温度达到2285 K,经误差分析得出CO_2和燃料热值的测量偏差对燃气分析法的温度测量影响较大,采用的燃气分析法测温系统总误差在1%以内。研究结果表明:燃气分析法是1种具有较高测试精度、可靠的高温测试技术。

环形燃烧室模型试验件冷态流场测量调试试验研究

为实现环形燃烧室模型试验件冷态流场测量,设计了环形燃烧室模型试验件,并在自模区工况下对采用粒子图像测速仪测量其内部冷态流场进行了调试。结果表明,可变视场透镜能很好地满足不同头部流场测量时视场变化的需求,试验件增透设计并配合滤光镜和圆偏振镜能很好地削弱试验背景光和试验件表面产生的反射光。单个头部、两个头部、六个头部获得了较好的测量结果,而环形流场因激光衰减、光腰厚度增加、测量分辨率降低,半环形流场因上下两个区域示踪粒子相关性较差,都没能实现测量,最终通过旋转试验件的方式实现了环形流场测量。所测结果能较好地揭示真实曲率效应影响下单个头部流场的细节结构、相邻两个头部之间的相互作用特性,及整个环形流场的结构特征,为环形燃烧室模型试验件冷态流场测量提供了有效方法。

基于双旋流全环燃烧室的出口温度分布试验研究

以双旋流全环燃烧室为试验对象,分别在高温高压、高温中压和发动机整机条件下开展试验研究。分别设计了带有环腔引气和模拟型喷嘴等模拟发动机边界条件的试验方案,并分析不同试验条件下的出口温度分布规律。试验结果表明:中、高压试验条件下的出口温度分布规律基本一致,热点区域基本一致;中压试验周向出口温度分布水平明显优于高压试验;高压试验温度分布曲线呈中心波峰形式,而中压试验中心波峰形式不明显。设计的高压试验出口温度分布规律和数值更接近发动机整机测试结果,设计的中压试验出口温度分布数值与高压试验相比存在一个比例系数,系数为1.3~1.4。

旋流器构型对全环燃烧室性能的影响

为研究旋流器构型对燃烧室性能的影响,针对配装双级轴向旋流器和双级径向旋流器的全环燃烧室开展了实验研究。结果表明,在本文研究范围内,地面点火状态下,轴向方案和径向方案点火油气比分别为0.011~0.022和0.015~0.026,轴向方案比径向方案具有更宽的点火边界。轴向方案贫油熄火油气比为0.009~0.020,径向方案贫油熄火油气比为0.006~0.019,径向方案比轴向方案具有更宽的贫油熄火边界。在地面慢车和空中慢车状态下,轴向方案比径向方案具有更好的出口温度分布品质。轴向旋流器对应的燃烧室压力脉动强度显著强于径向涡流器:油气比为0.011时,轴向方案和径向方案的燃烧室主频分别为525 Hz和555 Hz,相对压力脉动分别为1.9%和0.3%;油气比为0.018时,轴向方案的燃烧室主频为475 Hz,相对压力脉动为1.1%,而径向方案无明显主频。

某型全环燃烧室点火特性试验

对某型全环燃烧室进行了模拟地面起动和高空状态下的点火性能试验,研究表明:着火及联焰油气比均随燃烧室进口马赫数的增大而减小;随着模拟点火高度增加,点火变得越来越困难,特别是在试验工况中的低进口马赫数状态下;着火、联焰边界对应的油气比均随换算参考速度的增加而减小,且符合幂函数的函数形式,通过拟合得到着火、联焰边界对应的油气比与换算参考速度之间的函数关系式,经与试验值对比,着火、联焰边界预估值的误差大多分别不超过10%和15%。

单扇区、扇形、全环燃烧室热声不稳定性试验和模拟研究

贫油分级燃烧室在单扇区、扇形、全环燃烧室试验台上均会发生自激周期性燃烧不稳定现象,但振荡模态和频率存在差异。为研究这一差异并建立三者之间的联系,同时验证热声不稳定性模拟方法,对三种试验台的燃烧不稳定性进行了试验和数值模拟研究,获得了不同试验台的振荡特性,并对数值模拟和试验结果进行了对比。结果表明:全环燃烧室存在两个失稳模态,扇形燃烧室只存在一个失稳模态,单扇区燃烧室也只存在一个失稳模态;单扇区、扇形燃烧室可以反映全环燃烧室中其中一个失稳模态,而无法反映全环燃烧室的另外一个失稳模态;三维有限元热声模拟方法准确预测了三种不同试验台的燃烧稳定性,预测的无量纲失稳频率与试验结果一致,误差在2%以内。