沖壓噴霧干燥機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)試驗(yàn)研究

沖壓噴霧干燥機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)試驗(yàn)研究

1點(diǎn)火延遲時(shí)間壓力汽氣箱是依靠高速導(dǎo)向空氣流的壓力和壓迫作用工作的空氣燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。一般來說，壓力汽車不能單獨(dú)移動(dòng)。有必要使用原油和其他添加劑加速到一定步長世。在助推器脫落后,沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前的這段時(shí)間內(nèi),飛行器會(huì)暫時(shí)失去動(dòng)力而減速,燃燒室的點(diǎn)火條件會(huì)變得嚴(yán)酷。因此,沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求通常提出點(diǎn)火延遲時(shí)間的技術(shù)指標(biāo)。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火可靠性及點(diǎn)火延遲時(shí)間的長短對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及飛行器的工作穩(wěn)定性具有十分重要的影響,必須盡量縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間。文獻(xiàn)對(duì)不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火性能進(jìn)行了研究,影響發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火延遲時(shí)間的因素很多,包括點(diǎn)火器類型、點(diǎn)火器空間布局、點(diǎn)火器工作參數(shù)等。對(duì)具有四個(gè)旁側(cè)進(jìn)氣道和一個(gè)機(jī)械火焰穩(wěn)定裝置的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火性能進(jìn)行了直連式試驗(yàn)研究。通過點(diǎn)火試驗(yàn)研究了影響發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火延遲時(shí)間的因素。2試驗(yàn)安裝和測(cè)量方法2.1發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒方案試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)簡圖見圖1。相對(duì)于燃燒室周向截面,各進(jìn)氣道等直段出口相對(duì)面積比為0.0791,進(jìn)氣道轉(zhuǎn)彎段出口相對(duì)面積比為0.1572,均為矩形結(jié)構(gòu)。燃燒室頭部機(jī)械火焰穩(wěn)定器相對(duì)長度0.681,燃燒區(qū)相對(duì)長度2.15,燃燒室的頭部火焰穩(wěn)定裝置由直射式噴油環(huán)、徑向火焰穩(wěn)定器和點(diǎn)火通道等組成,這樣一個(gè)緊湊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了噴油、點(diǎn)火和火焰穩(wěn)定等功能。燃燒室的熱防護(hù)方式采用氣膜冷卻方案,設(shè)計(jì)為多級(jí)圓筒形開孔隔熱屏。發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管采用固定收、擴(kuò)的結(jié)構(gòu),其相對(duì)長度為1.0,喉道相對(duì)面積為0.80。沖壓燃燒室的點(diǎn)火采用煙火點(diǎn)火器旁側(cè)點(diǎn)火方案。2.2發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓、空氣流量、進(jìn)氣道靜壓的測(cè)量采用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)直連式試驗(yàn)設(shè)備,試驗(yàn)設(shè)備主要由主氣路系統(tǒng)、主氣路加熱器、航空煤油供應(yīng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的固定裝置等組成。其中,主氣路系統(tǒng)用于模擬試驗(yàn)狀態(tài)要求的氣流總溫、總壓和發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的空氣流量。為了測(cè)量得到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能,利用PSI9000,Neff620系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道出口總壓、燃燒室出口總壓、燃燒室頭部靜壓、噴油環(huán)進(jìn)口壓強(qiáng)、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總溫與總壓以及進(jìn)氣道通道靜壓等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。部分參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量,動(dòng)態(tài)傳感器的采樣頻率約2kHz。3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)同一個(gè)燃燒室,研究了四種煙火點(diǎn)火器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間的影響,四種點(diǎn)火器A,B,C和D的特性參數(shù)見表1所示。其中,A和B兩種點(diǎn)火器燃燒方式為內(nèi)孔燃燒,C和D兩種點(diǎn)火器燃燒方式為端面燃燒,相對(duì)能量流比率的對(duì)比基準(zhǔn)為點(diǎn)火器方案A。試驗(yàn)結(jié)果見圖2,試驗(yàn)表明,四種點(diǎn)火裝置均能使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室點(diǎn)火起動(dòng)成功,說明燃燒室點(diǎn)火系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)是可行的。根據(jù)表1及圖2可以看出,煙火點(diǎn)火器的輸出能流值是影響沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)的主要因素。當(dāng)輸出能流增大到方案A的3.11倍時(shí),其著火時(shí)間顯著縮短(由10s左右減少到1s左右)。A點(diǎn)火器能量小,點(diǎn)火時(shí)間長;B點(diǎn)火器采用內(nèi)孔燃燒,其燃速不易控制,點(diǎn)火時(shí)間散度較大。采用端面燃燒的C及D點(diǎn)火器,基本滿足發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求。3.2槽寬對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的影響表2是發(fā)動(dòng)機(jī)某狀態(tài)下的點(diǎn)火延遲時(shí)間比較。從表2中還可以看出,對(duì)相同的煙火點(diǎn)火器,當(dāng)穩(wěn)定器相對(duì)槽寬(RW為相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)直徑)從試驗(yàn)最窄方案增加到最大方案(由0.1125增大到0.1458)時(shí),采用相同的煙火點(diǎn)火器發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間上升較大。隨著穩(wěn)定器槽寬增加,發(fā)動(dòng)機(jī)頭部裝置的流通面積減小,徑向蒸發(fā)式穩(wěn)定器左右翼板處的馬赫數(shù)增加,造成下游混合油氣被點(diǎn)燃的難度加大,直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)性能。槽寬過小,穩(wěn)定器下游的穩(wěn)定區(qū)過小,也不利于發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)性能。根據(jù)文獻(xiàn)可知火焰穩(wěn)定性準(zhǔn)則K=p?T?WvΚ=p?Τ?Wv(1)式中K為穩(wěn)定系數(shù),p為穩(wěn)定器邊緣靜壓(kPa),T為穩(wěn)定器邊緣總溫(K),W為穩(wěn)定器槽寬(m),v為穩(wěn)定器邊緣速度(m/s)。穩(wěn)定系數(shù)K越大說明發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定火焰的能力越強(qiáng)。表3是對(duì)典型狀態(tài)下不同穩(wěn)定器槽寬的穩(wěn)定系數(shù)估算結(jié)果。圖3為試驗(yàn)結(jié)果,由圖可知,選擇恰當(dāng)?shù)姆€(wěn)定器槽寬非常重要,槽寬加大,其穩(wěn)定系數(shù)較高,在相同的點(diǎn)火能量下,其點(diǎn)火延遲時(shí)間也很短,說明火焰穩(wěn)定準(zhǔn)則可以用于點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間的分析。3.3來流溫度較低圖4表示了來流溫度不同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火起動(dòng)性能,可以看到,來流溫度越低,發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間越長,當(dāng)在來流溫度由475K減至368K時(shí),點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間可增加一倍左右。這是因?yàn)闇囟仍降?越不利于燃油的蒸發(fā),化學(xué)反應(yīng)速率也越低。因此,在進(jìn)行點(diǎn)火性能驗(yàn)證時(shí)采用來流溫度較低的典型狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)可以擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果的適用范圍,有利于燃燒室點(diǎn)火性能的預(yù)測(cè)。來流溫度對(duì)點(diǎn)火性能的影響也可以歸結(jié)到穩(wěn)定系數(shù)K中,溫度的升高也意味著K值的升高,對(duì)點(diǎn)火性能有利,這進(jìn)一步說明了火焰穩(wěn)定性準(zhǔn)則適用于點(diǎn)火性能的預(yù)計(jì)和分析。3.4發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火多條件選擇不同的點(diǎn)火余氣系數(shù)α(發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室總的平均余氣系數(shù))對(duì)應(yīng)著發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定器下游不同的燃油濃度場,尤其是在點(diǎn)火器附近形成局部兩相燃油分布,將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)性能。圖5表示了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火延遲時(shí)間與點(diǎn)火余氣系數(shù)的關(guān)系。由圖5可知,正確選擇發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火余氣系數(shù)很重要,過大或過小的點(diǎn)火余氣系數(shù)均對(duì)點(diǎn)火起動(dòng)不利。實(shí)際上,最短的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的余氣系數(shù)稱為最佳點(diǎn)火余氣系數(shù),一般來講,最佳點(diǎn)火余氣系數(shù)所對(duì)應(yīng)的燃燒室的效率也較高?；蛘哒f,在同樣條件下,燃燒效率較高的余氣系數(shù)下發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間也是較短的。要想得到點(diǎn)火余氣系數(shù)范圍,可以首先得到燃燒室燃燒效率較高的余氣系數(shù)范圍,只要能驗(yàn)證在某效率下燃燒室的點(diǎn)火延遲時(shí)間能達(dá)到要求值,那么高于該效率值(門檻值)的余氣系數(shù)范圍就是點(diǎn)火范圍。一般,對(duì)于偏富油及貧油的燃燒效率門檻值會(huì)有所不同。這對(duì)于點(diǎn)火性能的預(yù)計(jì)是非常有幫助的。通過發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火余氣系數(shù)范圍的大量試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)燃燒室的偏富油燃燒效率大于0.7時(shí)、貧油燃燒效率大于0.75時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室均可以正常點(diǎn)火起動(dòng)。3.5點(diǎn)火器的燃燒性能從上述的研究中可以看到,即使采用高能量的煙火點(diǎn)火器方案,部分點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間也較大,超過了0.5s,同時(shí)它的散度也較大。為此進(jìn)行了增加能量的設(shè)計(jì)。鋁、鎂等金屬的燃燒性能良好,其單位質(zhì)量能量也較高,可以在系統(tǒng)中另外增加這樣的金屬,使之在點(diǎn)火器的高溫產(chǎn)物中快速燃燒,增加高溫產(chǎn)物的能量,促進(jìn)燃燒室的快速起動(dòng)。對(duì)此也進(jìn)行了試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明增加金屬后,發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間明顯縮短,小于0.25s,而且時(shí)間散度很小,可以在較寬的來流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的快速點(diǎn)火起動(dòng)。典型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室起動(dòng)曲線見圖6,其中pt4為燃燒室出口總壓,第136.036s為點(diǎn)火器通電時(shí)刻,而燃燒室出口總壓上升到穩(wěn)定狀態(tài)的90%的時(shí)間僅為0.05s。4點(diǎn)火擊穿時(shí)間通過本文的研究,可以得出以下結(jié)論:(1)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間與點(diǎn)火能量關(guān)系密切,加大點(diǎn)火能量可以明顯縮短燃燒室的點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)間能始終處于一個(gè)較短的時(shí)間范圍內(nèi),