基于Flowmaster的航空发动机燃油系统温度仿真及分析

采用大庆RP-3型燃油,利用Flowmaster软件对某型航空发动机燃油系统进行建模,计算定、变转速工况下燃油温升情况,开展了发动机变转速下的温度仿真,将仿真温度与实验温度值进行对比验证模型准确性。结果表明:模型精度主要受元件的性能曲线影响;某些工况下主燃烧室前的燃油温度可达145 ℃以上,影响发动机安全,必须加以控制;仿真发现向飞机回油可以降低燃油温度,但对于阶跃回油质量流量信号,温度响应具有延迟性;设计回油质量流量为0 kg/s,不同工况的离心泵效率相同,各工况的燃油温度与主燃烧室燃油质量流量的关系,质量流量增大,温度降低,质量流量稳定时,温度也会达到稳定值。该仿真主要是建立了燃油温度的求解模型,提出了燃油泵加热的计算方法,对于航空发动机系统一维仿真研究有一定的指导作用。     

RP-3航空煤油综合替代燃料模型构建

基于直接匹配分子结构和官能基团的思路,选取正十二烷、2,5-二甲基己烷、1,3,5-三甲基苯和十氢化萘作为基础燃料,为RP-3航空煤油构建了替代燃料模型。物理替代验证表明该替代燃料模型能很好地反映RP-3航空煤油在亚临界到超临界状态下的主要物理性质。利用所构建的替代燃料简化机理验证了其化学替代性能,结果表明:该模型不仅在高温区和低温区都能与着火延迟时间的实验值良好吻合,而且也能够良好反映燃料的在低压条件下(0.1～0.01 MPa)的着火延迟现象。模拟的物性参数和着火延迟时间与实验值的良好吻合证明了该替代燃料能同时实现物理替代和化学替代,为深刻认识超燃冲压发动机中燃料再生冷却与燃烧过程耦合机理,实现航空发动机再生冷却系统和推进动力系统等多部件联合仿真奠定基础。     

运输类飞机燃油箱可燃性适航符合性方法

基于国内运输类飞机适航认证需要,系统分析了CCAR/FAR25.981条款变迁历史、内涵与指标要求;并从型号申请人的角度针对适航取证过程中拟采取的符合性方法开展了初步探讨,归纳总结出不同类型油箱可燃性指标及符合性验证方法;在此基础上,研究了美国联邦航空局（FAA）官方颁布的油箱可燃性评估应用程序。研究表明:①燃油箱可燃性适航符合性验证工作重点是可燃性暴露时间评估方法的应用;不同类型油箱,所允许的机队平均可燃性暴露水平不同,其中,机身油箱是适航审定关注的重点;②为了确定隔舱的平均燃油温度、气相空间温度和油箱壁面温度,并根据平均燃油温度计算燃油箱隔舱的热时间常数和平衡温差以用于蒙特卡洛分析,最经济有效的方法是建立燃油箱热模型;③计算机队平均可燃性暴露时间的难点在于平衡温差与时间常数的准确获取,对于该问题,可以通过遗传算法追踪来予以解决。     

飞机燃油温度仿真及应用

为研究飞行过程中燃油温度变化规律,采用热网络法建立油箱热模型,并在Matlab/Simulink软件平台上输入与飞行试验相对应的边界条件以验证模型可信度,在此基础上,分析了整个航程中各油箱隔舱燃油温度的变化规律。结果表明:该计算方法和仿真模型具有较高的可信度,试验值与计算值两者误差超过1.67 K的时间段中,模拟温度比试验温度高;多数航段内机身油箱燃油温度处于高位,为适航符合性审定重点关注对象,代表着整个燃油箱系统的可燃性暴露时间水平, 以巡航结束阶段为例,标准天长航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出25 K,标准天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出7 K,热天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出12 K;机翼油箱燃油温度在飞机下降阶段回升幅度较大,其可燃性暴露时间主要集中在航程结束阶段。     

燃料分配方式对微燃机燃烧室燃烧性能影响

提出了一种喷口位置可变采用燃料多点喷射的干式低排放(DLE)微型燃气轮机燃烧室,为了获得值班级与主燃级之间燃料分配方式对燃烧性能的影响,对该燃烧室在不同分配方式下的燃烧性能进行了实验测试与数值模拟。结果表明:燃料喷口位置改变对污染物排放影响不显著;燃料分配方式的改变对温度场和污染物的生成特性有影响,随着两级燃料分配比例的增大,NOx排放量呈现先减少后增加的趋势,存在一个最佳的燃料分配比例使NOx排放最低;燃烧室内存在明显的中心回流区(PRZ),便于点火及火焰传播;热力型NOx的生成量与温度高于1 950 K的区域大小和最高燃气温度有直接关系。所设计的燃烧室在以天然气为燃料的所有工况下NOx排放都可降低到50 mg/m3以下,达到了低污染燃烧室排放标准(小于50 mg/m3)。     

电力飞机的技术进展

电力飞机目前分为两类：电机驱动的金电飞机、内燃机驱动的多电飞机。本文先描述了燃料电池飞机、太阳能飞机、核电飞机的研究现状,进而给出了多电飞机引擎的研究进展,提出了减小飞机电气系统重量的策略。最后指出新能源技术、微电网技术、超导技术、复合材料技术的进步将进一步推动电力飞机的发展。     

驻涡加力燃烧室贫油熄火性能的影响

为了研究驻涡加力燃烧室的贫油熄火性能,设计了三种不同方案的凹腔结构,进行了贫油熄火（LBO）性能试验。采用航空煤油作为燃料,试验中的主要研究参数如下:外内涵进气压比在0.97~1.07之间变化;主流马赫数在0.13~0.20之间变化。研究结果表明:驻涡加力燃烧室贫油熄火油气比随着外内涵进气压比的增加而增加,随着主流马赫数的增大而增加,并且在马赫数较大时,变化幅度增大;在驻涡区上部分区域,轴向平均绝对速度越小,以及主涡涡心位置在一定范围内更贴近凹腔后壁面,驻涡加力燃烧室的贫油熄火性能更优。      

多孔径穿孔板控制液雾燃烧不稳定的研究

研究了一种带可调背腔的多孔径穿孔板声阻尼器的吸声特性,并通过声学模型预测了穿孔板的吸声特性。实验研究了偏流穿孔板对液雾燃烧器的燃烧室、气室内波动的动态压力及热释放率的控制效果。多孔径穿孔板存在两种孔径:小孔半径均为1.0 mm,大孔半径分别为1.5、2.0、2.5、3.0 mm。发现孔径差异过大的穿孔板消声性能不佳。但是大小孔径相近的穿孔板对腔室内的热声振荡有明显衰减效果。安装穿孔板后,燃烧室脉动压力下降59%~84%,放热波动下降47%~87%,同时火焰形态变得稳定。      

温度和压力对低热值燃料层流燃烧特性的影响

为阐明低热值燃料在燃气轮机工况下的燃烧特性,在定容燃烧弹中测试了初始压力分别为0.10、0.15、0.20 MPa,初始温度分别为303、353、403、453 K,当量比范围为0.8~1.6,体积分数为7% H₂、21.72% CO、21.45% CO₂、49.83% N₂的高炉煤气层流燃烧速度,并采用Gri-Mech 3.0化学反应机理对其进行了数值模拟。实验和模拟均发现,低热值燃料的层流燃烧速度随着初始压力的降低而增高,随着初始温度的增加而升高,且层流燃烧速度随温度和压力并非呈现单调性的变化规律,并在实验工况范围内对层流燃烧速度进行了温度和压力拟合。通过敏感性分析发现:主要的正向促进反应为R99、R46,主要的逆向抑制反应为R45、R36,层流燃烧速度受高活性自由基的影响,与链终止反应与链分支反应关于高活性自由基的竞争有关;随着初始压力的降低和初始温度的升高,高活性自由基摩尔分数增大,从而导致层流燃烧速度升高。      

液态碳氢燃料热辐射物性参数反演方法

基于光线跟踪法建立了玻璃-液态碳氢燃料-玻璃3层平板总透射比的正问题模型,给出了反演液态碳氢燃料热辐射物性参数(光谱吸收指数 k 和光谱折射指数 n)的反问题模型,采用Monte-Carlo(M-C)法结合区间逼近法求解.通过将已知文献中庚烷的热辐射物性参数作为“真实值”,采用正问题模型计算总透射比作为“实验测量值”,然后利用反问题模型计算 n 和 k ,并分析实验偏差对反演计算的影响.研究结果表明:①模型反演 k 计算误差的标准差小于0.003%,而 n 的标准差高于21%.②实验偏差对反演计算影响较大,且偏差达到1.0%时个别反演数据明显“失真”.③ k 反演计算误 差的标准差 y 与实验偏差 γ 满足 y =2285.2 γ2- 10.484 γ +0.0037的关系式; n 反演计算误差的标准差受实验偏差影响较小,但偏差导致反演 n 误差均超过20%.