空氣煤油燃氣發(fā)生器的研究

空氣煤油燃氣發(fā)生器的研究

0總結燃料中毒是一項需要改進和開發(fā)的動詞。1氣發(fā)生器原理樣機空氣/煤油燃氣發(fā)生器具備富氧和富燃兩種工作模式,設計參數(shù)見表1。燃氣發(fā)生器原理樣機結構形式見圖1,主要由噴注器、點火段、身部直筒段、身部折角段以及燃燒室等構成。由于空氣/煤油推進劑組合屬于非自燃推進劑,因此設置兩路電火花點火器(冗余)。燃氣發(fā)生器采用雙路燃油噴嘴2試驗結果考核空氣/煤油燃氣發(fā)生器經歷十多輪狀態(tài)調整及地面熱試車,逐步實現(xiàn)點火以及再起動點火,點火成功率和性能不斷提高,最終通過單機考核?？己吮砻魅細獍l(fā)生器點火可靠,燃氣壓力、溫度和流量等參數(shù)均達到設計要求。隨后與渦輪等裝置進行地面聯(lián)動試驗,考察燃氣發(fā)生器與渦輪、控制器的工作匹配性和功率輸出特性,驗證了系統(tǒng)功能。圖2為燃氣發(fā)生器單機試驗點火照片,聯(lián)試時主要測量參數(shù)見表2。3試驗結果及分析3.1燃氣發(fā)生器富氧工作模式動態(tài)特性燃氣發(fā)生器實現(xiàn)富氧模式工作,實測燃氣壓力為0.8MPa,燃氣溫度為650℃,最大輸出功率為18kW。圖3為聯(lián)動試驗燃氣發(fā)生器富氧工作模式的試驗曲線,試驗程序時間15s,負載功率由20kW下調到15kW,燃氣發(fā)生器再起動1次。從圖3中可見:燃氣發(fā)生器富氧點火響應時間1.2s左右,渦輪達到60%額定轉速時間不超過2s。另外,燃氣發(fā)生器富氧模式再起動響應時間僅0.1s左右,可實現(xiàn)脈沖工作。3.2燃氣發(fā)生器再擊穿試驗在富燃模式,燃氣發(fā)生器穩(wěn)態(tài)工作時,渦輪輸出功率達到最大值,而低功率輸出時,燃氣發(fā)生器在控制器的控制下,進行脈沖模式工作,以保證渦輪轉速恒定和功率輸出需求。燃氣發(fā)生器實現(xiàn)富燃模式工作,燃氣壓力2.0MPa,穩(wěn)態(tài)燃氣溫度850~950℃。燃氣發(fā)生器響應快,脈沖工作可靠,與渦輪工作匹配,實現(xiàn)了穩(wěn)定功率輸出。圖4給出了聯(lián)動試驗富燃模式的典型工作曲線。圖4(a)試驗設定負載53kW,燃氣發(fā)生器再起動8次,波形一致性較好,脈沖工作周期0.5s左右;圖4(b)試驗設定負載23kW,燃氣發(fā)生器再起動12次,脈沖工作周期0.3s左右,最小間隔時間小于0.1s。由此可見,燃氣發(fā)生器富燃工作模式實現(xiàn)了53~23kW的功率輸出,負載功率需求越小,脈沖工作時間越短,頻率越高,脈沖最小周期300ms。根據(jù)實際脈沖工作占空比,推算燃氣發(fā)生器最大可輸出功率達75kW以上。由于富燃模式采用電火花直接點火方式,燃氣發(fā)生器再起動壓力峰較高,尤其是在負載功率較小的情況下。試驗中通過優(yōu)化點火時序,在一定程度上可以降低壓力峰,但是無法消除。為此,后續(xù)又開展了火炬點火方式的研究工作,希望解決再起動壓力峰問題,確保系統(tǒng)工作的平穩(wěn)可靠。3.3工作可靠性試驗燃氣發(fā)生器單機試驗還驗證了富燃模式和富氧模式可相互切換,切換工作中,燃氣發(fā)生器不熄火。這為富燃模式脈沖工作提供了另一種點火方式,即富燃模式火炬點火方式,也就是燃氣發(fā)生器富燃模式脈沖工作過程中,富氧模式一直處于工作狀態(tài),相當于一火炬,從而提高了富燃模式脈沖點火工作的可靠性,降低對電點火的依賴。圖5給出了燃氣發(fā)生器富燃模式火炬點火方式的典型工作曲線。試驗設定負載53kW,工作時間20s,再起動3次(火炬點火)。從曲線分析可見:1)富燃模式火炬點火方式實現(xiàn)功率輸出,系統(tǒng)工作平穩(wěn)可靠,再起動無壓力峰。2)富燃模式火炬點火方式再起動頻率顯著降低。再起動周期5s以上,而原富燃模式脈沖工作再起動周期約為0.5s,兩者相差10倍。這主要是因為火炬工作時仍維持著小功率燃氣輸出,導致關機后渦輪轉速下降緩慢(如圖5轉速變化曲線),從而整個再起動周期加長。3)富燃模式火炬點火方式下轉速控制精度較差(20%左右),需進一步優(yōu)化調整控制策略,改善轉速控制精度。4)富燃模式火炬點火方式的關機響應時間長是轉速控制精度差的主要原因之一。關機響應時間長(300ms以上),導致關機后轉速繼續(xù)上沖,容易超轉,轉速上限控制困難,控制精度差。4空氣/油松燃氣發(fā)生器空氣/煤油燃氣發(fā)生器具有無毒、高能、起動快、燃料易于獲取等特點。我國近年開展了某動力裝置無毒化論證研究工作,研制成功空氣/煤油燃氣發(fā)生器原理樣機,并完成