非挥发性颗粒物排放适航符合性验证方法

为了践行绿色发展理念，国际民用航空组织（ICAO）对商用航空发动机非挥发性颗粒物（nvPM）排放提出了新的要求，各 国适航当局也陆续发布了相应的适航规章。为了满足ICAO及适航规章中对航空发动机nvPM排放的要求，对nvPM排放适航符合 性验证方法进行了分析。综述了国际民用航空组织制定的新的航空涡轮发动机非挥发性颗粒物排放认证监管标准，结合国际民 用航空组织和美国汽车工程师协会（SAE）推荐的nvPM排放测试标准，总结了nvPM排放适航符合性验证方法，包括验证路线、 nvPM测试系统搭建、测试程序以及后处理等内容，为搭建nvPM测试系统和开展nvPM测试奠定理论基础，可供商用航空发动机非 挥发性颗粒物排放适航审查提供参考。     

液化天然气作为航空燃料的发展趋势及特点分析

为研究液化天然气(LNG)作为航空燃料的可行性,对LNG的特点、发展趋势及作为航空燃料存在的问题进行了分析.采用了横向比较的方法,将LNG与新的航空替代燃料和传统航空燃料进行了比较和计算分析.结果表明:与新的航空替代燃料相比,LNG具有来源广泛、经济性好、发动机适应性强等优点.与传统航空燃料相比,LNG的储量大,可使用100年以上;可燃极限宽、污染物排放低,NOx排放仅为航空煤油的1/4;单位质量能量密度高、成本低,其燃料成本仅为航空汽油的一半,航空煤油的1/3;同时还具有可用于发动机高温部件冷却用的冷能,是一种极富潜力的航空燃料.指出在LNG作为航空燃料方面急需开展动力系统与飞机结构的匹配、燃料相态的有效转化及不同燃料在燃烧室内的反应特性等方面的研究工作.      

燃料种类对脉冲爆震发动机性能影响的研究

针对自行设计的脉冲爆震发动机试验模型,研究燃料种类对脉冲爆震发动机性能的影响规律,并以汽油的实验值为例给予验证。为脉冲爆震发动机燃料的选择提供理论依据。     

在ZS195直喷式柴油机中燃用二甲基醚(DME)的实验研究

本实验使用二甲基醚-柴油二元混合燃料,在对原发动机的燃料供给系统做尽量少的改动的原则下,柴油机的排放大大降低,同时发动机仍能保持原有的动力性能。理论分析和实验证明二甲基醚是一种极有应用前景的柴油机代用燃料。      

民用涡扇和涡喷发动机非挥发性颗粒物排放符合性方法研究

通过建立国际民航组织航空环境保护委员会第10次会议非挥发性颗粒物(nvPM)排放符合性验证思路,分别针对民用涡扇和涡喷发动机nvPM排放测量试验的采样和测量系统搭建、仪器和系统校准、试验用燃油、试验程序、颗粒物损失修正、试验数据分析和符合性判据开展研究,形成了相应的符合性方法和审查关注要点。研究成果可为国内工业方表明nvPM排放符合性提供符合性方法,为国内适航审定人员开展nvPM排放审查提供指导。     

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。      

燃料组份对燃气轮机燃烧室火焰辐射的影响

本文回顾了以前有关燃气轮机燃烧室火焰辐射数据的综合工作。对几种不同类型的直流式燃烧室，在宽广范围内的液态碳氢燃料燃烧的研究表明：氢含量虽能有效地反映出燃料组份对发光火焰幅射的影响，但用烟点作为关联参量能较好地综合测量值，而且烟点和萘含量两个性质参数关联，能更好地综合试验数据。     

燃料喷口位置对燃烧室污染物生成性能影响

对一种使用中低热值生物质气的干式低排放（DLE）微型燃气轮机燃烧室开展了研究,对燃料喷嘴口在不同位置时的污染物生成特性进行了实验测试和数值模拟,获得了喷口位置对燃料与空气的混合均匀性、NOx生成特性的影响规律。结果表明:调节燃烧室的燃料分配比例、燃料喷口位置对燃烧室的排放特性会产生影响,存在一个使NOx排放最低的燃料分配比例;燃料与空气混合的均匀性是影响NOx生成的主要因素之一;NOx主要在值班燃烧区中产生,调整值班级喷口喷射方式可以使NOx质量浓度降至7.6 mg/m3。      

航空发动机全生命周期碳排放计量方法研究

航空是碳排放八大重点行业之一,航空产业的碳排放主要受航空发动机碳排放的影响,因此亟需开展航空发动机碳排放计量方法研究。以生命周期评价作为航空发动机碳足迹的量化方法,将航空发动机全生命周期碳排放分为燃料周期碳排放与材料周期碳排放,并分别进行统计;将航空发动机系统边界进行划分,提出各个阶段应进行的数据收集,并对数据做出要求,得到一套相对完整的航空发动机碳排放计量方法。本文得到的方法可以从生命周期的角度全面评估航空发动机碳排放,可为航空发动机全生命周期碳排放计量提供指引,从燃料角度与材料角度为减排提供理论基础。     

固体火箭超燃冲压发动机理论性能分析

基于布雷顿循环,考虑燃烧产物的离解,针对固体火箭超燃冲压发动机工作过程进行了建模研究,开展了发动机理论性能分析,研究了飞行参数、燃料种类对发动机性能的影响,探究了超燃冲压发动机的工作极限。结果表明：固体火箭超燃冲压发动机的性能随着飞行马赫数的增大和飞行高度的升高而下降;当工作当量比增大时,质量比冲和体积比冲均下降,但比推力逐步上升;当工作空燃比增大时,比推力下降,但质量比冲和体积比冲均逐步升高。燃料种类对发动机性能有显著影响,在空燃比5～27的范围内,固体推进剂的体积比冲存在明显优势,但比推力和质量比冲不及氢气和煤油。相比于氢气和煤油,采用硼基固体推进剂作为燃料的超燃冲压发动机可以在更宽的飞行马赫数范围内工作,预示着固体火箭超燃冲压发动机宽包络飞行的潜力。     

One-dimensional numerical investigation on multi-cylinder gasoline engine fueled by micro-emulsions,CNG, and hydrogen in dual fuel mode

This research work is the novel state-of-the-art technology performed on multi-cylinder SI engine fueled compressed natural gas, emulsified fuel, and hydrogen as dual fuel. This work predicts the overall features of performance, combustion, and exhaust emissions of individual fuels based on AVL Boost simulation technology. Three types of alternative fuels have been compared and analyzed. The results show that hydrogen produces 20% more brake power than CNG and 25% more power than micro-emulsion fuel at 1500 r/min, which further increases the brake power of hydrogen, CNG, and micro-emulsions in the range of 25%, 20%, and 15% at higher engine speeds of 2500–4000 r/min, respectively. In addition, the brake-specific fuel consumption is the lowest for 100% hydrogen, followed by CNG 100% and then micro-emulsions at 1500 r/min. At 2500–5000 r/min, there is a significant drop in brake-specific fuel consumption due to a lean mixture at higher engine speeds. The CO, HC, and NO_x emissions significantly improve for hydrogen, CNG, and micro-emulsion fuel. Hydrogen fuel shows zero CO and HC emissions and is the main objective of this research to produce 0% carbon-based emissions with a slight increase in NO_x emissions, and CNG shows 30% lower CO emissions than micro-emulsions and 21.5% less hydrocarbon emissions than micro-emulsion fuel at stoichiometric air/fuel ratio.     

硼笼化合物对含铝液固高能燃料点火及燃烧性能的影响

为了探究硼笼化合物对液固凝胶型高能燃料的点火及燃烧性能的影响,采用高密度碳氢燃料MCRI-1、辅助分散剂胶凝剂和纳米铝粉为原料,制备了系列含铝液固凝胶型高能燃料(简称含铝高能燃料),并考察了含铝高能燃料的组成对其分散稳定性(即凝胶成型效果)的影响。在此基础上,考察了三种硼笼化合物对含铝高能燃料的密度、热值、点火及燃烧性能的影响。结果表明,提高胶凝剂含量或固液质量比(Al/MCRI-1)均可提高含铝高能燃料的分散稳定性。含铝高能燃料的密度和体积热值随着硼笼化合物的添加略有降低,但其质量热值在添加硼笼T和硼笼A后分别增加了11.6%和12.4%。硼笼化合物可将含铝高能燃料的燃温峰值提高21.1%～52.9%,点火延迟缩短44.5%～65.2%。硼笼化合物明显改善了含铝高能燃料的点火及燃烧性能。整体上,硼笼A添加效果最佳,且热解及燃烧可产生较多的气体,一定程度上增强了含铝高能燃料的膨胀做工能力。     

基于射流搅拌燃烧反应器加压条件下的航空煤油燃烧NOx排放

为了研究碳氢燃料燃烧产物NOx的排放,构建了射流搅拌燃烧反应器(JSCR)试验系统,并经过了初步验证.随后利用该试验系统对航空煤油RP-3的燃烧NOx排放进行了测试,射流搅拌燃烧反应器内压力为2×105 Pa和3×105 Pa,进口温度为650K,当量比范围为0.5~1.2.研究结果表明:在当量比为0.5~1.2范围内,航空煤油燃烧NOx排放先随当量比的增大而增多,在当量比为0.95附近达到最大值,随后减少;NOx排放随压力的增大而增多.同时,验证了该射流搅拌燃烧反应器可作为研究碳氢燃料燃烧产物的基础试验平台.     

烃类燃料的能量特性

本文对烃类燃料的能量特性进行了分析比较.三种烃(CH_4、C_3H_8、RP-1)分别同液态氧组合,其中含氢较高的CH_4具有最高的比冲和较低的燃烧室温度,其燃烧产物中固炭量低于C_3H_8与RP-1.三种烃分别同液态氧组合的比冲均高于O_2/C_2H_5OH与N_2O_4/(CH_3)_2NNH_2.本文还指出了烃同液氧组合比冲随α与p_c变化的关系.最后,对烃类燃料性能改进问题进行了论述.结果表明,将一定量的液氢加入烃中混合燃烧可提高比冲,减少低α条件下燃烧产物中固态炭量.另一方面,通过加液氢还可使燃气发生器工质的R_cT_c值提高.     

Effect of fuel type on the performance of an aircraft fuel tank oxygen-consuming inerting system

The properties of aviation fuel have a great influence on the performance of oxygen-consuming inerting systems. Based on the establishment of the catalytic inerting process, the flow relationship of each gas component flowing through the catalytic reactor was derived. The mathematical model of the gas concentration in the gas phase of the fuel tank was established based on the mass conservation equation, and the fuel tank model was verified by performing experiments. The results showed that the fuel type exerts a considerably higher influence on the performance of the oxygen-consuming inerting system compared to the corresponding influence on the hollow fiber membrane system, and the relative magnitude of the inerting rates of the four fuel types is RP5 > RP3 > RP6 > JP8. In addition, a higher catalytic efficiency or fuel load rate corresponds to a higher rate of decrease of the oxygen concentration in the gas phase, and the inerting time is inversely proportional to the suction flow rate of the fan. When different fuels are used, the amount of cooling gas and water released from the inerting system are different. Therefore, the influence of fuel type on the system performance should be extensively considered in the future.     

生物柴油对双旋流燃烧室燃烧与排放性能的影响

为深入研究燃气轮机燃用生物柴油对其燃烧与排放性能的影响,将生物柴油与柴油按照不同比例进行混合,在双旋流燃烧室90°扇形试验件上进行降压模拟燃烧试验.结果表明:随油气比的增加,燃烧效率和NOx排放快速增加并趋于稳定,出口温度分布系数（OTDF）、径向分布系数（RTDF）、CO排放逐渐减小并趋于稳定;随生物柴油混合比例的增加,燃烧效率、燃烧室温升逐渐降低,OTDF和NOx排放先减小后增加,RTDF和CO排放逐渐增加.随油气比的增加,生物柴油对燃烧和排放的主要影响方面发生变化,影响程度逐渐减弱,不同油气比时存在不同的最佳生物柴油混合比例.      

混配型吸热碳氢燃料热裂解及催化裂解

为提高吸热型碳氢燃料的吸热能效，将辅助燃料Y按不同比例与碳氢燃料混合，配制成新的混配型YNNJ—150燃料，利用连续流吸热型碳氢燃料裂解微型反应色谱评价装置，考察了它的热裂解转化率和低碳烯烃的选择性，并在HZSM—5分子筛上进行了催化裂解评价。结果表明混配型YNNJ—150燃料不仅降低了裂解温度，同时提高了燃料裂解的低碳烯烃的选择性，增加了燃料的吸热能力，且混合辅助燃料Y的比例为15％时的混配燃料YcNNJ—150的效果最好。混配型燃料可成为今后研究的一个重要方向。     

基于燃烧室多反应器模型的民用涡扇发动机排放预测

选用燃油JetA为航空燃料,建立了简化火焰锋面模型、燃烧化学平衡模型、燃烧动力学模型、燃油雾化模型、燃油蒸发模型及污染排放生成模型.采用基于燃烧室多反应器模型对发动机在不同工作状态下的排放产物NOx、未燃碳氢化合物(unburned hydrocarbons,UHC)和CO进行了计算.结果表明:燃烧室内火焰温度越高,NOx排放量越大.在发动机工作在低转速工况下时,燃油液滴的雾化直径大,造成CO与UHC排放量增加.基于燃烧室多反应器模型计算通用性强、速度快,适合与发动机性能程序相结合,在发动机设计阶段对发动机不同工作状态下的排放产物含量进行预测计算.