等离子体强化燃烧的目前研究进展

介绍了等离子体强化燃烧的基本原理,总结了等离子体强化燃烧的3种途径,分别是热强化、动力学强化与输运强化;对国际上,特别是国内在等离子体强化燃烧的应用验证、作用机制和数值仿真研究方面的最新代表性成果进行了综述.提出了等离子体强化燃烧的4个研究方向,分别是等离子体强化燃烧机理、多场耦合建模与仿真、测试诊断研究,以及等离子体强化燃烧在航空发动机中应用的其他科学与技术问题,同时提出了开展这4方面研究工作的一些建议,主要是定量研究等离子体点火与助燃的3种效应,分别建立各效应与点火特性、助燃特性之间的关系;建立等离子体强化燃烧的详细动力学模型;应用先进的测试诊断设备,发展等离子体强化燃烧的新型测试技术;考虑等离子体点火与助燃应用到不同类型发动机燃烧室时的匹配问题,特别是等离子体电源的小型化与轻型化问题等.      

航空等离子体动力学：未来新型飞行器/发动机的重要技术支撑

新一代航空器和反导体系的发展,均离不开新的技术支撑。航空等离子体动力学被航空发达国家列为重点发展的基础领域之一。文章从等离子体流动控制改善气动性能和推进效能、等离子体材料处理与表面强化以及磁流体动力与等离子体点火助燃等方面,阐述了这一新技术诱人的发展前景。     

等离子体辅助燃烧机制及其在高速气流中的燃烧应用研究评述

以等离子体点火助燃为特征的燃烧组织技术,为先进发动机发展过程中面临的极端环境下燃烧控制问题提供了极佳的解决途径。加速超声速燃烧反应速率是等离子体扩展气流速度边界的一种典型应用。在对当前等离子体燃烧控制机理相关研究成果简要回顾的基础上,针对超声速燃烧气流参数环境特点,分析了可压缩、强对流的高速气流条件下等离子体点火助燃机制研究所面临的挑战;通过各类等离子体在超声速气流中技术应用发展与研究现状的梳理,阐述了等离子体在结构相容性和能量效率上的限制性因素,对未来的基础研究和技术发展方向提出了建议。     

滑动弧等离子体强化燃烧技术在航空发动机中的研究进展

滑动弧等离子体强化燃烧技术是一种新型的强化燃烧技术。从航空发动机燃烧室点熄火边界拓宽的需求出发，阐述了 滑动弧强化燃烧的基本原理，分析了滑动弧等离子体通过化学效应和热效应2个方面强化燃烧的作用机制，介绍了滑动弧等离子体强化燃烧技术应用于航空发动机的潜在优势。从放电特性、数值仿真、强迫雾化和强化燃烧4个方面，分析了滑动弧强化燃烧的研究现状。针对滑动弧等离子体强化航空发动机燃烧技术的技术特点，给出了3种自由轨道式3维旋转滑动弧强化燃烧方案和1种固定轨道式滑动弧强化燃烧方案。以燃油喷嘴和文氏管放电方案为例，给出了旋转滑动弧强化燃烧的试验验证结果。对滑动弧等离子体强化燃烧技术在航空发动机上的实际应用进行了总结和展望。     

燃烧室头部激励的等离子体强化燃烧特性实验研究

等离子体助燃是一种新型的强化燃烧技术，近年来受到国内外学者的广泛关注。本文开创性地研制了基于旋转滑动弧等离子体的强化燃烧头部，建立了某型航空发动机三头部燃烧室实验件的等离子体助燃实验平台，验证了该等离子体强化燃烧技术应用于型号发动机燃烧室的可行性。实验研究等离子体助燃在不同余气系数和不同输入电压条件下对平均出口温度、燃烧效率、温度分布系数以及熄火边界的影响。实验结果表明，与正常燃烧相比，施加等离子体助燃后的燃烧效率有明显的提高，在输入电压为U0=240V，余气系数为 α=0.8时，等离子体助燃的燃烧效率提高3.24%。实施等离子体助燃后，燃烧室出口温度分布场分布得到明显的改善，在富油工况α=0.8，出口温度分布系数减少39.8%。等离子体助燃输入电压越高熄火边界扩展程度越明显，相比于正常工况条件下，等离子体助燃U0=240V的熄火边界扩宽了7.34%。     

瞬态等离子体点火和火花塞点火起爆过程的对比研究

为了研究瞬态等离子体点火起爆脉冲爆震发动机的可行性,设计了适用于脉冲爆震发动机的瞬态等离子体点火器,并对瞬态等离子体点火和火花塞点火的放电过程进行了对比,瞬态等离子体点火器具有更大的点火面积。在此基础上,以甲烷气为燃料,对瞬态等离子体点火和火花塞点火的爆震起爆过程进行了二维数值模拟研究,数值模拟结果表明,采用等离子体点火起爆过程引发爆震所需的爆燃到爆震时间和距离比火花塞点火起爆过程缩短了64%和22%。      

等离子体点火技术在脉冲爆震发动机中的应用研究现状

等离子体点火技术是航空航天动力领域研究前沿。本文概括了等离子体点火研究背景和基本原理,总结了国内外等离子体点火技术在脉冲爆震发动机中的应用研究现状,指出脉冲爆震发动机中利用等离子体点火具有诸多优势,如点火能量大、能有效缩短点火延迟时间、提高DDT特性等。在此基础上,本文分析了应用于脉冲爆震发动机的等离子体点火驱动电源、等离子体点火器以及两种典型等离子体点火方案。最后针对等离子体点火技术在脉冲爆震发动机中的应用研究现状,对其发展方向进行了展望。     

航空发动机电点火系统现状与发展趋势

航空发动机点火系统是保证飞机完成飞行任务的一个重要部件,其研发和制造涵盖多个技术生产领域。介绍了国内外电点火系统的主要体系和发展现状,并根据航空发动机使用条件、起动包线、与燃烧室的兼容性、环境适应性等总体要求及元器件材料和工艺水平,结合发动机电点火系统自身研制特点和技术特征,分析了不同电点火系统的设计原理和性能优势。探讨了电点火系统的发展趋势,并指出变频变能电点火系统是未来主要发展方向。     

航空发动机等离子流点火技术探讨

等离子流点火是当今世界上行之有效的一种先进的点火方式,是航空航天以及劣质难燃烧燃料领域极有前途的点火技术之一。对该技术的机理及其发展现状做了简单的描述,并从情报信息角度对其在航空发动机领域的应用进行了探讨。     

航空发动机点火组件故障诊断系统设计

航空发动机点火组件是发动机的核心部分,该组件设计的合理性及其工作的可靠性直接关系到发动机的工作状况,进行航空发动极点火组件故障诊断研究,对保障飞机点火组件的正常运行、提高飞机的安全性和持续适航性具有十分重要的意义.以航空发动机点火组件为研究对象,以航空发动机点火组件不同类型故障下产生的二次电压波形为基础,建立相应的故障特征库,设计基于图形匹配的航空发动机点火组件故障诊断系统.该系统能够采集点火电压波形及相应特征参数,将待检测波形与故障特征库中典型波形进行对比,得出相应故障类型.     

活性粒子对H_2/Air混合物燃烧的影响

建立H2/Air混合物燃烧的化学动力学模型,计算与分析了在非平衡等离子体条件下,气体放电产生的活性粒子(O,H)和活性基(OH)在不同当量比下对参与燃烧的组分以及温度和压力的影响,为航空发动机燃烧室等离子体助燃(PAC)实验研究和实际应用提供理论依据.计算结果表明等离子体助燃可以提高反应效率、燃烧温度和火焰传播速率,减少燃烧上升时间,强烈影响H2/Air混合物燃烧.     

钛合金构件碰摩着火试验器研制及应用

介绍了自主研制的国内首台可变环境条件(压力、温度、流速)旋转碰摩式钛火试验器及相关试验研究,建立了旋转碰摩着火试验流程。通过设定旋转碰摩的工作环境及进给力大小,成功再现了钛合金试样(TC17/TC4)着火、稳定燃烧、燃烧扩展等复杂燃烧过程。该试验器的成功研制,为钛合金构件着火性能及其防护研究提供了试验手段,在航空发动机钛合金燃烧特性评估和防钛火试验研究领域,具有良好的应用前景。     

航空等离子体动力学与技术的发展

自20世纪60年代以来,美国、俄罗斯等发达国家开始研究等离子体的性能.近年来,以美国为首的西方国家在航空等离子体动力学与技术的研究取得了突破性的进展,国内相关研究也取得了一些进展和自主创新.本文主要介绍了空军工程大学等离子体动力学重点实验室的等离子体流动控制技术研究成果,主要包括改善飞行器气动性能和推进效能、等离子体冲...     

活塞发动机高空最小点火能量计算及试验

根据原型机结构,应用AVL BOOST建立了航空活塞式发动机的一维仿真模型,通过地面特性仿真计算与试验研究,验证了发动机仿真模型的可行性和正确性;在深入分析可燃混合气燃烧机理基础上,建立了发动机最小点火能量计算数学模型;在此基础上,采用AVL BOOST与MATLAB联合仿真的方法,计算了发动机在不同高空、不同空燃比稳定运行工况下的最小点火能量,得出不同高空最小点火能量MAP图,并进行了试验验证,结果表明,所建立的最小点火能量的仿真计算模型是正确可行的,能够满足后续性能预测与研究的要求.      

基于激波管的等离子体辅助甲烷点火

在激波管实验系统的基础上,设计了等离子体放电单元,开展了等离子体对甲烷点火延迟时间影响的研究。测量了等离子体放电时的伏安特性曲线。测量了甲烷自点火延迟时间、持续放电条件下的点火延迟时间以及放电后断电下的点火延迟时间。对甲烷点火过程中的化学反应路径进行了分析。结果表明:等离子体放电电压与电流并不呈现相同的变化趋势,放电过程中气体电阻不断发生变化。很少的放电能量(小于4J)即可有效减少甲烷的点火延迟时间,在关闭电源后,放电产生的粒子依然可以在一定程度降低甲烷点火延迟时间。在低温或高温点火条件下等离子体对甲烷点火延迟时间的影响机理基本相同。点火温度较低(小于1000K),或者较高(大于1600K)时,持续放电对甲烷点火延迟的缩短效果更加明显,可以将甲烷的点火延迟时间缩短1个数量级或1个数量级以上。等离子体对甲烷点火延迟的作用效果是点火温度与等离子体质量摩尔浓度耦合影响的结果。      

低温等离子体辅助加工综述

随着航空航天、国防科技、能源等领域的快速发展,具有优良机械性能的高强度合金材料及复合材料得到广泛应用,实现这些材料的高效精密低损伤加工具有重要意义。低温等离子体富含活性粒子,能有效改善材料的可切削性,且较易产生、维持和控制,已被广泛应用于难加工材料的辅助加工过程中。在介绍低温等离子体基本特性及分类的基础上,结合国内外低温等离子体辅助加工技术的研究现状,以表面粗糙度、材料去除率、表面损伤、切削力等参数为评价指标,分别阐述了等离子体熔射成形技术、等离子体加热辅助切削技术、冷等离子体射流辅助抛光技术、冷等离子体射流辅助切削技术等的作用机理及效果,并对其发展趋势进行了展望。     

TC11合金燃烧特性初步研究

钛火严重威胁航空发动机用钛安全,开展钛合金燃烧特性研究是发动机合理用钛及采取有效防范措施的基础。通过液滴引燃试验法初步研究了TC11合金的燃烧特性,分析了燃烧的过程特征、试片温度与氧气含量(分压)对启燃的影响及燃烧表面的微观组织。结果表明:在压缩空气/氧气作用下,TA1液滴发生燃烧并将TC11合金试片引燃,燃烧过程中反应剧烈,喷射出大量火花;随着TC11合金试片温度的提高,引燃所需的临界氧气分压逐渐降低;TC11合金试片的烧损表面形成了氧化层,从表面到内部呈现出疏松区、致密区和燃烧影响区三种典型的组织区。     

基于等离子体的新型燃烧室头部工作特性实验研究

本文设计了一种基于三维旋转滑动弧的航空发动机新型燃烧室头部,该头部可以在保持原有燃烧室结构不变的基础上,实现对燃烧室的点火和助燃。进行了新型燃烧室头部的放电特性实验,分析了稳定电弧滑动(A-G)模式和击穿伴随滑动(B-G)模式两种放电模式的特点。探究了两种放电模式对振动温度的影响,以及空气流量和电压对OH、O2、O3、NO四种粒子光谱发射强度的影响。结果表明,B-G模式电弧的放电功率更大,达到84W,放电模式对振动温度的影响取决于空气流量和电压的变化,而光谱发射强度则是A-G模式大于B-G模式。     

第2级径向旋流器旋流数对燃烧室点火和贫油熄火性能的影响

双级旋流器是航空发动机燃烧室头部产生回流区所采用的主要形式,研究主要考察第2级径向旋流器的旋流数对点火与燃烧稳定性能的影响,数值模拟结果能够较好地匹配第2级径向旋流器设计参数.试验研究表明:第2级径向旋流器旋流数的改变对燃烧室点火性能无影响;但减小该旋流数会对贫油熄火性能产生明显地改善,旋流卷吸效果会影响回流区火焰稳定.减小第2级径向旋流器旋流数,使下游卷吸量增加,回流区流动与火焰匹配更好,更有利于燃烧稳定性的提高.