燃油总管及喷嘴特性试验研究

为了研究航空发动机燃油总管流量特性以及喷嘴在不同进口压力条件下的喷雾周向分布特性等,对某型发动机的燃油总管及大、小燃油喷嘴特性进行试验。采用称重法,研究不同供油压力下燃油总管和喷嘴的流量特性以及单个喷嘴的燃油周向不均匀度;采用高速摄影仪对单个喷嘴喷雾锥角随供油压力变化及喷嘴主油路顶开压力进行试验测量。试验结果表明:随着供油压力增大,各喷嘴燃油流量逐渐增加,燃油总管流量也随之增加;大、小喷嘴燃油周向不均匀度较差,并且随着供油压力提高而增大;大、小喷雾锥角随供油压力的提高而增大,在主油路打开之后随着供油压力继续提高变化较小;获得了大、小喷嘴的主油路顶开压力分别为1.001、0.883 MPa;大流量喷嘴常规特性要优于小流量喷嘴的。     

航空发动机燃油总管支架断裂故障分析

某型航空发动机在整机试车过程中多次发生燃油总管支架断裂故障,断口分析表明为高周疲劳断裂。利用有限元方法对该燃油总管系模态进行计算分析,结果表明燃油总管系有多阶固有频率落在发动机共振频率范围内,严重不满足设计要求,存在极大的共振可能性,并通过动应力测试予以了验证。为解决共振问题,采取增加燃油总管支架刚度和支架数量的方法,将燃油总管的最低共振频率调在发动机共振频率范围之外。经后续试验验证,燃油总管系未出现相同故障,支架断裂故障得以排除。     

某型航空发动机燃油喷口流量值偏大故障排除

针对某型自制的航空发动机燃油喷嘴喷口在进行流量试验时,其流量值偏离最佳状态、分布不均等故障现象,分析相关零部件的结构及工作原理,精确导出质量控制点,采用"进化"加工原则并逐一验证优化,为此类航空发动机典型精密零部件加工技术提供参考。     

主燃烧室燃油总管试验器研制

介绍了用于测量带喷嘴环形燃烧室的燃油总管流量特性及流量分布和雾化状况的总管试验器.试验证明,该试验器可排除各喷嘴间的不均匀性,为燃烧室部件的试验研究提供可靠的保障.试验器可达到设计指标,试验数据准确可靠.     

涡扇发动机主燃油流量监控模型的建立及验证

单发飞机装配新型发动机试飞具有较高的风险,作为发动机重要性能参数的燃油流量,可在一定程度上反映发动机的潜在故障。为确保某型涡扇发动机飞行试验安全,需对发动机主燃油流量建立监控模型。利用地面台架试验数据,结合主燃烧室喷嘴和主燃油计量装置的工作特性,建立了主燃油流量监控模型,并与装机后的地面试验数据进行对比。结果表明,该监控模型有较高的准确性和通用性,能及时发现发动机可能存在的问题和故障,确保飞行试验安全。     

某型航空活塞发动机空中气门卡阻机理

针对某型航空活塞发动机在运行中多次出现的空中气门卡阻故障,结合该型发动机的结构设计和实际运行环境,对故障发动机气门导套内沉积物的成分进行分析,并基于EGView软件对故障案例的FDR数据进行分析,结果表明:温度剧变导致气门-导套间有效配合间隙减小是导致空中气门卡阻的根本原因;在飞行中,在30%功率附近燃油流量偏小是导致温度剧变的主要原因。据此提出了增加发动机30%功率附近燃油流量的解决方案,给出了推荐的下限阈值为17.0 L/h,经实践验证该排故方案有效。     

燃油喷嘴主要性能参数的影响因素及调试技术

燃油喷嘴是航空发动机燃烧室的一个主要元件,它的主要功用是按照发动机不同的工作状态,供给燃烧室合适数量的、具有良好雾化质量的燃油。喷嘴的供油量是保证发动机推力要求、影响燃烧效率和性能的一个主要指标。根据燃油喷嘴的不同结构,对影响发动机燃烧室性能的流量、喷雾锥角和分布不均匀度等参数进行理论分析,并结合实际调试情况进行验证,解决了燃油喷嘴性能试验时流量、喷雾锥角和分布不均匀度调试困难的技术瓶颈,具有较大的指导意义和广阔的应用前景。     

燃油调节器起动供油特性研究

燃油调节器的起动供油特性的优劣,直接关系到发动机的点火能否成功。以弹用发动机燃油调节器起动供油装置为研究对象,建立起动供油系统的数学模型,并运用AMESim建立其仿真模型。重点分析了对起动供油特性起决定作用的关键部件——恒流量活门组件,得到了恒流量活门的初始开度、直径、节流孔直径、弹簧刚度、弹簧预紧力及喷嘴直径等设计参数变化对燃油调节器起动供油特性的影响趋势,为液压机械装置的设计、改进、改型和性能优化提供了理论依据。     

芳香烃对涡轴发动机排气冒烟影响的试验

为掌握涡轴发动机排气中的冒烟数及芳香烃体积分数对冒烟数的影响，设计了某涡轴发动机冒烟数测量试验方案，通过在RP-3航空煤油中添加甲苯(C6H5CH3)获得不同芳香烃体积分数，开展发动机排气冒烟试验；并根据实测冒烟数(SN)拟合得到了与计算冒烟质量浓度指数(CI)的关系式。试验结果表明:某型涡轴发动机采用基准燃油时各状态冒烟数均小于40，优于设计指标；最大起飞状态下芳香烃体积分数每增加3%可导致冒烟数升高6%。该试验为涡轴发动机排气冒烟数测量和预估提供了一种有效方法，并为通过减少燃油中芳香烃体积分数来抑制发动机冒烟数提供了依据。      

航空发动机试验燃油流量测量滞后故障仿真与排除

针对某型航空发动机起动燃油流量测量滞后、振荡及重复性较差的故障,建立了高空台燃油流量测试系统和发动机燃油控制系统数学模型,并进行了数值仿真分析,得出了供油管路内可压缩性气体是测量滞后的主要原因。通过故障再现试验,定量检验了管路内气体对燃油流量测量的影响,验证了仿真分析结果的正确性。依据仿真与验证试验结果,改进设计了燃油管路和操作程序,排除了故障。     

某涡轴发动机起动不成功分析

对某型发动机外场起动不成功试验数据进行分析,并通过燃油喷嘴低油压雾化试验及整机起动时的温度场测量验证,确认燃油喷嘴喷口积炭后,燃油喷嘴喷雾锥角减少,燃油雾化质量恶化,直接影响到发动机起动时火焰联焰的可靠性,对发动机起动性能产生较大影响.涡流器插入深度对涡流器出口喷雾的部件研究试验结果显示:插入深度对涡流器出口喷雾无影响;整机模拟外场使用结果表明:发动机在不大于30%功率的低状态长期使用,离心式燃油喷嘴容易出现积炭.      

非对称喷管流动分离的预测

非对称喷管是超燃冲压发动机和涡轮基组合循环(TBCC)发动机中特有的关键部件,在跨大马赫数范围工作时,往往在非设计点下会出现严重的流动分离。针对非对称喷管在过膨胀状态下的流动分离现象,通过试验验证二维数值计算(计算采用计算流体力学(CFD)方法)的正确性,利用数值计算样本点拟合得到了非对称喷管在过膨胀状态下的分离准则表达式,并进一步通过不同构型的非对称喷管分离的试验数据来验证该准则的准确性和普适性。研究结果表明,通过特定非对称喷管计算分离数据获得的分离准则与试验结果吻合得较好,在所进行的试验模型和条件下,两者之间的均方根误差为3.68%,更好地说明了该分离准则对非对称喷管内的分离预测具有较好的准确性,同时也跨出了其普适性证明的第1步。     

发动机和尾喷管匹配引起的跨音振动

本文论述某机在试飞中,飞行状态为H=3000～4000m,Ma=0.82～0.96范围内出现跨音速振动。通过多种途径,寻找“涡”存在的部位,并且为进一步揭示振源的本质,而进行飞机模型吹风和尾喷口模型气流脉动试验,终于找到了气流脉动的原因。最后,采取改装机尾罩,通过试飞实践,排除这一振动,使飞机顺利地通过跨音速试飞。      

组合临界流文丘里喷嘴空气流量测量方法高空舱应用分析

为满足发动机高空试验低流速进气条件下空气流量精确测量,减小进气导管气流附面层影响,弱化空气流量测量与被试发动机相关性。分析了单件/组合临界流文丘里喷嘴的工作特性,给出了组合临界流文丘里喷嘴(ACFVN)空气流量计算方法,依据给定试验发动机和高空舱尺寸设计了临界流文丘里喷嘴组合结构,得到了组合临界流文丘里喷嘴在高空舱应用的控制方法和测试布局。采用小尺寸喷嘴对组合喷嘴设计和应用方法进行了验证,结果表明:采用打开/关闭喷嘴数量和调节进气压力两种组合方式在高空舱内应用方法可行,测试布局满足测量要求,下游发动机进口截面气流紊流度优于0.3%,满足发动机高空模拟试验要求。      

航空发动机喷口收放转速和2角度同时突变故障分析

为了排除航空发动机使用中喷口收放转速和α2同时突变故障,深入分析了发动机相关燃油系统调节原理。现场试车测量了发动机相应燃油管路压力,并进行了台架试车验证。结合故障发动机滑油光谱分析,将故障原因定位为燃油增压泵花键轴异常磨损,导致发动机附件传动系统不能正常带动燃油增压泵旋转,发动机低压燃油系统处于增压泵不增压的异常工作状态,降低了该泵进口端燃油压力,低压燃油系统基准异常,造成燃油调节系统调节异常。     

三单元气氢/气氧塞式喷管发动机实验

以气氢/气氧为推进剂, 对三单元直排塞式喷管模型发动机(内喷管和燃烧室内衬采用耐烧蚀材料钨渗铜, 塞锥为碳钢)进行了热试实验研究.给出了实验结果, 进行了数据分析.在两个压比(燃烧室压强与环境反压之比)下, 获得了塞式喷管性能数据和塞锥表面5个测点处的压强分布.实验表明, 塞式喷管具有良好的高度补偿能力和较高的效率.在压比值为50附近, 效率达到92%-93.5%;在压比值为350附近, 效率达到95%-96%.数值模拟的预示结果与实验数据吻合较好.      

Nitrous oxide cooling in hybrid rocket nozzles

The Department of Mechanical Engineering at the California Polytechnic State University, San Luis Obispo, has developed an innovative program of experimental research and development on hybrid rocket motors (where the fuel and the oxidizer are in different phases prior to combustion). One project currently underway involves the development of aerospike nozzles for such motors. These nozzles, however, are even more susceptible to throat ablation than regular converging–diverging nozzles, due the nature of their flow expansion mechanism. This paper presents the result of a recent development project focused on reducing throat ablation in hybrid rocket motor nozzles. Although the method is specifically targeted at increasing the life and operating range of aerospike nozzles, this paper describes its proof-of-concept implementation on conventional nozzles. The method is based on a regenerative cooling mechanism that differs in practice from that used in liquid propellant motors. A series of experimental tests demonstrate that this new method is not only effective at reducing damage in the most ablative region of the nozzle, but that the nozzle can survive multiple test runs.     

一种低空满流的大面积比液体火箭发动机喷管

针对传统大面积比液体火箭发动机喷管在低空过膨胀状态下易产生流动分离的问题,采用特征线法,基于最大推力喷管,对其扩张段后半部分型面进行了控制压力设计,以保证新生成的大面积比喷管（低空满流喷管）壁面压力不小于分离临界压力。而后通过仿真手段对设计方法进行了校验,并对低空满流喷管的性能进行了评估。结果表明：基于最大推力喷管型面的控制压力设计方法能够实现预定的设计目标,生成的型面不仅保证了喷管在海平面条件下处于满流状态,还使得喷管对燃烧室压力脉动具备了一定的抵抗能力。当燃烧室压力为8.5MPa、燃气比热比为1.144时,相较于将要产生分离的面积比为40的最大推力喷管,低空满流喷管能够将面积比增加至60,从而提高真空比冲约5.24s。而相比于面积比为60的最大推力喷管,等面积比的低空满流喷管真空比冲损失约为1.57s。     

尾喷管构型对多循环两相脉冲爆轰发动机流场及性能影响

为了研究尾喷管构型对多循环工况下非定常气液两相脉冲爆轰发动机推进性能的影响,运用适应能力强的非结构网格CE/SE(时空守恒元和求解元)方法数值研究了带尾喷管脉冲爆轰发动机的内外流场.结果表明:尾喷管对脉冲爆轰发动机性能的影响在单次循环和多循环工况下有显著差异;当燃料填充率为1、环境压力为0.1MPa时,完成一个周期各种构型尾喷管产生的平均推力由大到小依次为拉伐尔喷管、塞式收敛扩张喷管、收敛喷管、无喷管、直喷管;研究中塞式收敛扩张喷管可以提供最大的冲量和燃料比冲,但完成单个循环的周期最长.      

扩张管和燃料部分填充对PDE效能的影响

采用基于有限速率基元化学反应模型的网格自适应有限体积方法,数值模拟以脉冲爆轰发动机为背景的爆轰波通过扩张喷管的流场,研究了喷管形状及喷管充气状况对脉冲爆轰发动机推进性能的影响。结果表明,氢-氧混合物产生爆轰波的等截面爆轰管冲量在某一比例合适的部分填充时达到最大,而对较大扩张角的喷管来说,其冲量一般随喷管内可燃气体填充比例的增加而增加,比冲通常随可燃气体填充比例的减少而增加;合适的喷管和燃料填充系数能使比冲显著提高。