航空发动机氨燃料分析及流量需求计算

为了减少航空发动机由于燃烧含碳燃料产生的碳排放,针对含氨燃料作为航空发动机替代燃料的可行性问题,基于CFM Leap 1-A发动机的性能参数,运用能量守恒转换关系及氨的化学催化分解反应,对含氨航空燃料的成分配比及航空发动机氨燃料供应系统和流量需求进行计算。结果表明：氨氢混合物比纯氨具有更好的燃烧性能,可使燃料层流火焰速度达到一些传统碳氢燃料的水平;氨气可以被分解出氢气并完成氨氢混合,成为一种航空发动机新型替代燃料;确定了新燃料中最优的氨氢比为3∶2;提出了此种新燃料在航空发动机中的应用方式,并依照航空发动机的性能需求确定了使用新燃料情况下的燃料流量;氨分解所需热量可由少部分氢气的燃烧来提供。在正确配比燃料中氨氢组分、正确分配燃料流量、并设计氨催化分解系统的前提下,能使得发动机保持与使用传统碳氢燃料类似的燃烧性能和功率水平,并减少碳排放。     

航空燃气涡轮发动机氢燃料研究历史和低污染燃烧技术发展

氢燃料的应用对航空燃气涡轮发动机技术的发展具有重要的意义.根据国外对氢燃料在航空燃气涡轮发动机领域的应用研究,对相关研究历程进行了回顾,并对氢燃料低污染燃烧技术进行了分析.结果表明氢燃料在航空燃气涡轮发动机领域研究的重点已从早期的以军用为主转为以民用为主;氢燃料低污染燃烧技术的关键在于控制主燃区的贫油燃烧;而微混非预混扩散燃烧技术具有很大的应用潜力.      

航空燃料的前世今生

<正>从热气球到飞艇,再到现代飞机,航空燃料的发展经历了漫长的历史过程。从无发动机的飞行系统中的人力动力源,到内燃机系统中的航空柴油动力源,到活塞式发动机系统中的航空汽油动力源,到喷气式发动机系统中的喷气燃料动力源,到超音速发动机系统中的高密度碳氢燃料,再到新能源发动机系统中的甲烷、氨、生物燃料、可持续航空燃料（SAF）或太阳能动力源,也就是说航空燃料的发展史是由航空发动机的发展衍生而来的。     

等离子化学强化燃烧技术研究

介绍了一种在航空发动机燃烧室中对燃料强化燃烧有效的方法,该方法的特点及其应用前景。     

甲烷-空气贫燃料预混燃烧的数值模拟

针对燃气轮机燃烧室火焰筒中的甲烷-空气贫燃料预混燃烧问题,给出了基于八步化学反应动力学机理的数学模型。以某型航空发动机燃烧室火焰筒为例,对甲烷-空气贫燃料的预混燃烧进行数值模拟。研究结果表明,基于八步化学反应动力学机理的数值模拟方法,可以比较准确地反映燃烧产物的形成过程,在分析航空发动机燃烧室火焰筒内的贫燃料预混燃烧问题时具有较强的实用性。     

替代燃料对航空发动机燃烧室性能影响的计算研究

为探索用其他燃料替代航空煤油的可行性,从航空发动机燃烧性能的角度出发,研究了燃用其他燃料对燃烧室性能的影响.在不同燃烧工况下,利用流体计算软件FLUENT模拟计算得到航空煤油、轻柴油、工业酒精的燃烧性能.结果表明:从燃烧的角度来看,轻柴油的燃烧性能与航空煤油的差别不大,可直接替代航空煤油或与航空煤油混合使用;工业酒精与航空煤油的燃烧性能差距很大,用作航空发动机燃料还需深入研究.     

航空发动机安全边界与“即用性”燃料认证方法

在航空替代燃料缺乏足够飞行数据,几乎不可能通过有限发动机和飞行实验来评价其安全特性状况下,研究开发了一种简便却可保证适航安全性的方法来研究航空替代燃料的安全性能.“即用性”航空替代燃料被认为是发动机更换最频繁的部件,从而采用相似类比、使用经验方法来验证“即用性”燃料的适航符合性.以航空煤油实际使用经验为基准,提炼燃料性能、燃料系统、燃烧性能、发动机性能、飞机性能5个层次上参数化描述的安全边界,与通过航空替代燃料在5个层次上得到的工作边界进行相似类比,从而预测发动机使用替代燃料的安全性.该方法提炼了替代燃料在发动机安全性上的判定准则,还降低了认证流程的燃料成本和时间成本.      

低热值气体燃料燃烧室数值模拟与试验研究

以某型航空发动机燃烧室为研究对象,对低热值燃料燃烧室进行了数值模拟和试验研究。采用RNGk-ε模型、小火焰紊流燃烧模型和P-1辐射模型,预估了紊流特性、化学反应速率和辐射通量;应用SIMPLE算法,对离散方程进行求解。计算结果与试验数据比较表明二者基本吻合,这说明计算方法合理,可用来估算低热值燃料燃烧室的燃烧性能。     

航空燃气轮机火焰筒高温低氧燃烧状态数值模拟

高温空气燃烧技术作为一种全新的燃烧技术在国内外得到应用和发展,利用F luent软件对高温空气燃烧技术应用于某型航空发动机燃烧室进行数值模拟,并对数值模拟结果与传统燃烧技术进行分析对比。结果表明,该技术能够达到使火焰温度降低,出口温度场分布均匀,提高燃烧效率,节约燃料的综合效果。     

氢燃料通用航空器发展及飞行安全问题探讨

氢能是未来绿色航空的必然方向和重要分支,随着双碳战略的深入推进,氢燃料通用航空器发展及飞行安全问题引发了广泛关注。本文首先概述了氢燃料通用航空器的发展,介绍了部分氢能源发展战略规划,解释了氢燃料通用航空器的基本概念,并针对氢燃料电池和氢燃烧推进技术分别阐述了其基本原理、应用与发展。其次,结合典型氢燃料飞机平台案例介绍了氢燃料在航空领域的应用现状;从氢能特性出发,围绕燃氢发动机使用过程中的安全问题、通用航空器的氢燃料储运安全问题以及氢燃料通用航空器的其他安全问题展开探讨。最后,列举了氢燃料通用航空器安全性相关标准,以供氢燃料通用航空器设计研发人员及相关领域的从业者参考借鉴。     

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.      

航空发动机钛合金燃烧问题及涂层防护技术

本文介绍了航空发动机中钛合金零件的燃烧问题及其防护涂层在国内外的研究和应用情况，强调了在发动机中应用钛合金时考虑其燃烧问题的重要性，并对国内今后的防燃烧涂层研究提出了一些建议。     

RP-3航空煤油燃烧特性及其反应机理构建综述

目前耦合航空煤油多步燃烧反应机理的数值模拟计算已引起学者们的重视,燃烧反应机理的构建已成为研究热点。详细介绍了国内外关于航空煤油模拟替代燃料的选取、化学反应动力学模型构建和简化、着火延迟时间和层流燃烧速度等的实验规律。依据国外研究进展,指出了中国在国产RP-3航空煤油燃烧反应机理研究方面应从基础研究做起,全方位、多维、立体地合作开展相关研究,主要包括:国产RP-3航空煤油化学动力学模型的建立、低温高压工况条件下航空煤油与模拟替代燃料的基础实验研究与模型燃烧室研究,以期丰富相关研究成果,推进航空发动机的高质量发展。     

正十烷简化机理的构建及其在发动机燃烧数值模拟中的应用

发动机燃烧室中燃料的能量释放与燃烧特性对于发动机设计具有重要作用,为了预测发动机点火包线和贫/富油极限等关键性能,迫切需要发展航空燃料及其典型组分的高精度化学动力学模型。本文针对燃料典型组分正十烷,采用自主开发的机理生成程序ReaxGen构建了其燃烧详细机理（1499种组分、5713步反应）。为了验证机理的合理性与可靠性,在当量比Φ=0.5-2.0,压力P=1-80 atm的宽工况条件下进行了点火延迟模拟验证,结果表明本文提出的正十烷详细机理在较宽的温度、压力和当量比条件下具有较高的模拟精度。为获得适用于发动机燃烧模拟的高精度简化机理,本文基于误差传播的直接关系图方法简化了正十烷燃烧详细机理,得到包含709种组分、2793步反应的正十烷半详细机理。进一步在高温范围（1000-1500 K）,采用路径通量分析方法简化得到含77种组分、359个反应的骨架机理。获得的骨架机理能够合理描述正十烷在高温下的燃烧特性,且该骨架机理尺度规模可用于基于火焰面模型的燃烧数值模拟。基于此高精度的骨架机理模型,结合火焰面生成流形湍流燃烧模型,采用大涡模拟方法进行了航空发动机环形燃烧室单头部扇形的燃烧模拟,初步获得了非稳态流场结构,其中温度模拟结果与实验值基本符合。     

旋转爆震燃烧航空涡轮发动机研究综述

旋转爆震燃烧具有燃烧过程自增压、熵增小、循环热效率高等特性,将其应用于航空涡轮发动机,有望实现发动机性能阶跃式突破。主要介绍了旋转爆震燃烧的基本原理及特点,总结了国内外旋转爆震燃烧技术、旋转爆震涡轮发动机性能和试验技术的研究现状,论述了旋转爆震燃烧加快应用到航空涡轮发动机上需要深化研究宽范围进气下稳定爆震燃烧组织、旋转爆震燃烧与上下游匹配等关键技术,并对中国旋转爆震燃烧航空涡轮发动机工程化应用提出了制定长期发展规划、实施专项研究计划、组建联合团队等发展建议。     

推进技术

罗-罗参加ＥＥＦＡＥ计划欧洲９国的１５家公司、２所大学和２家研究机构合作实施一项为期４年、价值１亿多欧元的高效环保航空发动机的技术研究（ＥＥＦＡＥ）计划。这是欧盟最大的一项航空发动机技术研究计划。该计划的主要目的是通过减少燃料燃烧来降低ＣＯ２。和ＮＯｘ的排放,以确保未来的航空发动机符合环保规定的要求。罗－罗公司除负责ＥＥＦＡＥ整个计划外,还就这种发动机的概念进行研究。其研究成果将用于以三轴发动机设计为基础的近期的低污染发动机研究。ＥＥＦＡＥ计划将采用欧盟国家和公司投资研究项目的成果以及其他新技术…     

气动阀式两相脉冲爆震发动机研究

开展常温常压进气条件下两相脉冲爆震发动机的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。详细描述了气动阀式两相爆震发动机的主要组成部分的结构和性能要求以及主要的影响因素,并通过各参数不同组合下大量的试验研究,成功实现了常温常压进气条件下,以汽油为燃料的气动阀式脉冲爆震发动机的稳定爆震,同时获得了爆震管内燃烧波与气动阀参数、点火参数、扰流器参数、油雾参数和进口参数间的初步关系。研究成果为液态燃料爆震燃烧机理的发展,为实现两相爆震发动机的工程应用奠定了基础。     

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。     

新型燃油在燃气轮机中的应用试验研究

随着世界原油的大规模开采，已探明的原油储量越来越少。寻找新的替代燃料满足能源需求，已成为各国科学家研究的重要课题。这也是未来航空发动机燃烧研究亟待解决的一项重要内容。本文利用0号柴油、生物柴油及其与0号柴油的混合油在航空发动机燃烧室上的试验研究结果，研究了在燃气轮机中使用生物柴油等替代能源的可行性。     

WP6发动机改RF031燃气轮机中低热值燃烧室改进设计

详细介绍了由WP6航空发动机去掉3级压气机改型而成的RF031燃气轮机燃烧室所用燃料由航空煤油改为中低热值气态燃料而进行的改进设计方案。经改进设计,实现了该燃烧室中低热值燃料(10467kJ/m3)的稳定燃烧,经试验验证,各项指标满足总体要求,基本实现了WP6发动机改地面燃气轮机的第1步目标。