燃气管路气流脉动压力模化试验研究

燃气管路气流脉动特性是影响补燃循环多推力室液体火箭发动机安全运行的因素之一,气流脉动压力强度剧烈时将影响管路下游燃烧室燃烧稳定性及发动机的正常工作。为探究液体火箭发动机燃气管路气流脉动压力特性,对燃气管路进行了模化试验,分析了进口流量分别为额定值模拟流量65%,100%和108%下无导流装置和有导流装置的气流脉动压力变化特征。结果表明,带导流装置的燃气管路分叉处气流脉动压力标准差值减少约38%~50%,脉动压力功率谱能量减少约66%~88%;两出口管间气流脉动压力标准差相对大小值减少约11%~22%。导流装置在抑制气流脉动及改善气流稳定性方面效果显著,对燃气管路设计及气流优化具有参考价值。     

改型瑞克管脉动燃烧器性能试验研究

研究了水平安置燃烧柴油的改型瑞克管脉动燃烧器的燃烧特性。利用风机,使管内气流稳定流动,组合使用双旋流器和扩焰盘形成起始火焰并保证最大放热脉动在离进口四分之一处。试验表明,采取以上措施,改型瑞克管可以激发脉动燃烧,压力脉动频率在１００Ｈｚ～１１０Ｈｚ,最大压力脉动的幅值约为３．８ｋＰａ,燃烧效率接近１００％。还研究了管内稳定流速、旋流器和扩焰盘的轴向位置等对脉动燃烧的影响。发现在一定稳定流速的范围内,可以激发脉动燃烧,旋流器过分靠近进口和扩焰盘偏离进口四分之一处都会使压力脉动幅值降低和工作范围变窄     

喷前压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响

为研究液体火箭发动机供应系统压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响,进行了撞击式喷嘴的动态雾化实验。通过脉动装置在喷嘴供应系统上施加不同频率和幅值的周期性压力脉动,利用两套高速摄影系统分别获得了动态雾化图像和雾场横截面上的散射光强,以此分析了撞击式喷嘴对喷前周期性压力脉动的响应频率和响应幅值范围及其对平均雾化角度的影响。结果表明,在研究的脉动频率范围内(0~4050Hz),当喷前压力脉动幅值大于某一阈值后,雾化出现了明显的周期性质量聚集现象,其频率与喷前压力脉动的频率相同。脉动幅值增加,散射光强度的振荡幅值也增加,参与混合燃烧过程的介质流量振荡幅值加剧。平均雾化角度受脉动频率和幅值的影响都较小,变化范围处在均值的±4%以内。     

燃烧室柱部直径对脉动发动机工作特性的影响研究

建立了直接测量Helmholtz型脉动发动机燃烧室内气流压力的压力测试系统,应用该系统可实时监测发动机内气流脉动情况。研究了燃烧室柱部直径对燃烧室内气流压力波形、发动机的工作频率、燃油消耗率和过量空气系数等参数之间的影响关系。结论为在所研究的燃烧室柱部直径变化范围内,燃烧室柱部直径的变化对这些参数的影响并不明显,而油门开度对这些参数的影响却较大。      

强化紊流脉动对气动喷嘴喷雾浓度场及燃烧温度场的影响

主要研究气动喷嘴出口气流紊流脉动对喷雾浓度场及燃烧状态温度场的影响。在实验中采取措施加强气动喷嘴出口气流的脉动强度，以便进行比较；并利用ＰＤＡ（粒子动态分析仪），热电偶等测试手段对试件出口冷态雾场及热态温度场进行测量。结果表明，强化气流的紊流脉动促进了喷雾浓度均匀分布，有利于燃烧温度均匀分布及提高燃烧效率。     

一种液压系统脉动消除器的设计与分析

面向航空液压系统消除压力脉动、提升系统可靠性和寿命的需求，设计了一种液压系统压力脉动消除器。基于流体网络理论建立了脉动消除器及实验系统的理论模型，并考虑安装方式和负载类型的不同，分析了脉动消除器在不同工况下的滤波效果。然后通过仿真方法验证了设计方案的可行性以及理论分析的准确性，仿真过程考虑了系统负载对脉动的影响。最后实验验证了脉动消除器的滤波效果。结果表明：设计的新型结构压力脉动消除器无运动部件、布局紧凑，与飞机液压系统中常用的液压柱塞泵使用匹配度高，是消除液压系统脉动的有效部件；在300~500 Hz的压力脉动频率范围内，研究设计的脉动消除器可以消除10 dB的压力脉动，能够满足飞机液压系统消除压力脉动的需求，在航空领域中具有广泛的应用前景。     

某型发动机油压脉动分析

概述带防喘执行装置的某型航空发动机在台架试车中出现的燃油压力脉动问题的排故试验,对油压脉动的原因和现象作了详尽的剖析。     

飞行器级间段跨声速脉动压力特性试验

通过脉动压力风洞试验测量，对比分析了跨声速（马赫数介于0.75~1.2）不同锥角和锥长大小的级间段对锥柱外形飞行器局部脉动压力的影响规律。结果表明，肩部脉动压力主要由以低频为主导的激波振荡所致，能量集中在100 Hz左右的窄带区间，且表现为随着马赫数增加，脉动压力系数峰值先增大后减小，并随着肩部激波的后移而不断向后推移。此外，通过对比分析5种不同锥角模型（10°、12.7°、15.3°、20°、25°）的脉动压力系数最大值发现，随着锥角的增加，脉动压力表现出当锥角小于15°时先平缓增加，随着锥角增大脉动压力系数增加幅度进一步加大的趋势。对比分析不同锥长模型的结果发现，锥长对局部脉动压力的最大峰值几乎没有影响，影响的只是脉动压力在肩部作用区域的大小以及峰值出现的马赫数范围，且表现为锥柱级间段越长其作用范围越大，对应于峰值的马赫数区间越宽。     

起落架舱门表面脉动压力试验研究

为研究迎角和侧滑角对起落架舱门表面脉动压力的影响,进行了起落架舱门表面脉动压力风洞试验。测量了主起落架舱门表面上50个点的脉动压力,计算了脉动压力系数及其均方根值。采用韦尔奇(Welch)方法估计了脉动压力的功率谱密度函数。试验结果表明:主起落架舱门表面脉动压力系数均方根值位于0~0.18之间;脉动压力系数均方根值随迎角和侧滑角变化总体上具有一定的规律;脉动压力没有出现明显的窄带峰值现象,主要呈现宽带且略带波动的频谱分布。     

入口流动参数脉动对燃气轮机燃烧室燃烧不稳定的影响

通过均匀搅拌器(PSR)模型研究了某型燃气轮机燃烧室入口流动参数脉动对燃烧不稳定的影响.研究结果表明:对于贫预混燃烧室(燃烧室工作在较低的入口当量比下)来说,当入口温度、入口气体流量和入口当量比的相对脉动幅值相同时,入口当量比的脉动对燃烧不稳定性的影响最大,其次是入口气体流量,而入口温度的脉动对燃烧不稳定性的影响相对较小.      

燃气发生器中注入水蒸汽对燃烧效率和总压损失的影响

试验是在一个 WZ- 5燃气发生器上进行的 ,燃料用低热值气态燃料 (体积热值为 8172 k J/N· m3) ;水蒸汽可由燃烧室前部或从后部掺混孔处注入。试验结果表明 ,水蒸汽注入对燃烧效率影响不大而使总压损失增加。当水蒸汽流量与总空气流量之比为 10 % ,且水蒸汽从后部掺混孔处注入 ,则总压损失会增大 12 %左右 ;如果水蒸汽从前排注入 ,则总压损失会更大些。     

掺混压力损失的实验分析

一、试验装置和基本关系式 试验装置的进排气系统均由三根并列管道组成。第Ⅰ、Ⅲ管道作为外流,第Ⅱ管道作为主流,在试验段前6m处装加温器,加温后的气体温度最高可达600℃。试验件为三股通道的矩形件,其尺寸为800×256×240mm,主流通道高为140mm,外流通道高为50mm。试验孔板将主流通道与外流通道隔开。外流通道中气流经小孔射入主流,与主流掺混,引起主流掺混压力损失(图1)。     

低压模化对燃气轮机燃烧室工作特性影响的数值分析

为研究低压模化对于燃气轮机燃烧室工作特性的影响,采用ANSYS软件的FLUENT模块,对燃烧室在低压模化以及低压1/3尺寸模化条件下的燃气轮机燃烧室分别进行数值模拟研究,并与在全压条件下的燃烧室计算结果进行对比分析。计算结果表明:在低压模化条件下,燃烧室的流线形态与全压下基本相同;由于压力对于化学反应平衡的影响,在低压条件下燃烧室的壁温相比在全压下的平均降低70~100 K,其出口温度场指标比在全压下的更好;由于受燃烧室入口空气压力的影响,在低压条件下燃烧室的燃烧效率和流阻损失均比在全压下的低;另外,由燃烧室压力和尺寸的变化引起的燃烧室内温度分布变化,造成NO源分布的不同及燃烧室内NO的生成速率发生巨大变化,导致燃烧室NOx的排放水平不同,并验证了压力指数。其计算结果可为燃气轮机燃烧室的低压和常压模化试验提供参考。     

火焰筒压力损失对贫油熄火特性和燃烧效率的影响

以3.0%火焰筒压力损失火焰筒作为基准,分别设计了2.5%和2.0%火焰筒压力损失的火焰筒,通过试验研究火焰筒压力损失对贫油熄火性能及燃烧效率的影响.在模拟慢车状态下,低压力损失方案均比基准方案的贫油熄火油气比低,2.5%方案的贫油熄火油气比最低;在模拟高温高压状态,3种方案火焰筒燃烧效率对火焰筒压力损失不敏感.综合比较地面起动点火试验结果,在该基准上将火焰筒压力损失降低至2.5%不会对燃烧室综合燃烧性能造成不利影响.      

节流盘对超紧凑燃烧室性能影响的数值研究

为进一步理解节流盘对主次流轴向进气超紧凑燃烧室性能的影响,基于Cot t le超紧凑燃烧室原型结构,采用计算流体力学的方法探究了燃烧环内旋流涡流燃烧的组织原理以及节流盘对旋流涡流燃烧特性及出口温度特性的影响。结果表明:节流盘可提高燃烧环内混气的离心加速度,加快火焰传播速度;节流效应导致的低压区可增大高温燃气径向迁移速度,增强高温燃气与核心流的掺混,改善燃烧室出口温度分布特性;燃烧环内存在涡流燃烧,节流盘可扩展燃烧涡的尺寸,提高火焰稳定性。     

Large-eddy simulation and linear acoustic modeling of entropy mode oscillations in a model combustor with coolant injection

Lean-burn combustor is particularly susceptible to combustion instability and the unsteady heat release is usually considered as the excitation of the self-maintained thermo-acoustic oscillations. The transverse coolant injection is widely used to reduce the temperature of burnt gas, but on the other hand, it will introduce temperature fluctuation inside the combustor. Therefore, it is necessary to consider the influence of the coolant injection on combustion instability, and evaluate its dynamic feature. In this paper, Large-Eddy Simulation (LES) of the self-excited pressure oscillations in a model combustor with coolant injection is carried out. The analysis of transient flow characteristics and the identification of the pressure modes confirm that one of the low frequency pressure oscillations is related to entropy fluctuations, which is known as rumble combustion instability. The LES results show that transient coolant injection is another excitation of temperature fluctuation other than unsteady combustion. The amplitude of the entropy mode oscillation increases with increasing coolant air mass whereas the change of its frequency is insignificant. According to the major feature of entropy wave oscillation caused by coolant injection, a compact coolant injection model is proposed and applied in the One Dimensional (1D) Acoustic Network Method (ANM). Key correlations used in the model match well with LES data in low frequency range. This means that the coolant injection model is a complex one reflecting the interaction of the fluctuating coolant mass, pressure and temperature. Finally, the combustion instability frequencies and modes predicted by acoustic network method are also in good agreement with LES results.     

燃烧时滞对小推力高室压动力系统响应特性的影响

对小推力高压燃烧室动力系统各部件建立了数学模型,并对此系统进行了数值计算,分析了燃烧时滞对此系统的影响。计算结果表明,在燃烧时滞较大时,高室压动力系统响应较慢,发动机性能参数的超调量较大,达到稳态所需的时间较长,轨控发动机与姿控发动机共用同一个供应系统,姿控发动机受燃烧时滞的影响更大。      

模型冲压发动机低压条件下燃烧效率试验

在亚燃冲压发动机直连式高空试验系统上,实现了模型冲压发动机在40～60 kPa条件下的点火和稳定燃烧,研究了燃烧室构型、燃烧室入口来流条件以及燃料当量比对燃烧效率的影响。试验结果表明:低压条件下的燃烧效率比常压和高压条件下的燃烧效率都要低;但低压条件下燃烧效率随燃烧室构型、模拟来流条件和燃料当量比的变化规律与常压和高压下的情况基本一致,增加燃烧室长度、提高来流总压和总温、增大燃料当量比,降低飞行高度,以及增强煤油的雾化和混合,都有利于提高燃烧效率;与常压和高压下的情况不同的是减小凹腔长深比能进一步提高燃烧效率。     

低压条件下复合式多级旋流杯燃烧室燃烧效率研究

对低压(常压或低于常压)条件下航空发动机燃烧室的燃烧效率作了初步的研究,主要目的是研究复合式多级旋流杯燃烧室燃烧效率的改进。复合式多级旋流杯组织方案由离心雾化和旋流杯空气雾化组成,采用双油路,副油路为小流量离心喷嘴,主油路为直射式喷嘴匹配空气雾化,头部采用三级涡流器组织燃烧。燃油采用RP-3航空煤油。使用单头部燃烧室为试验件,在常压和低压状态下,模拟燃烧室进口速度和总油气比。燃烧效率采用燃气分析法,用效率分析仪进行测量。研究结果表明,复合式多级漩流杯燃烧组织方案能改善低压下的燃烧,提高燃烧效率。      

亚燃冲压模型燃烧室高空负压试验

为了验证亚燃冲压燃烧室在高空负压条件下稳定工作的能力,设计了带蒸发式值班火焰稳定器与直射式喷油装置的亚燃冲压模型燃烧室,对该模型燃烧室进行了冷态流阻试验、贫油熄火边界试验以及不同截面燃烧效率试验研究。研究结果表明,试验件的冷态流阻系数略大于1,冷态总压恢复系数0.98以上;蒸发式火焰稳定器贫油熄火边界较宽;两截面燃烧效率最低相差6%,最高相差19%,在高空负压条件下,增加燃烧段长度能显著提高燃烧效率。