NexGen燃烧器火焰特性和换热特性数值模拟研究

航空发动机防火试验是发动机适航验证的重要组成部分。利用ANSYS软件对NexGen燃烧器建模仿真,选取RNG k-ε湍流模型和PDF燃烧模型,计算得到燃烧器的火焰分布、热流密度分布及温度分布。在此基础上进行平板试件冲击模拟试验,分析冲击火焰特性和冲击换热特性,重点研究了不同燃烧器旋流叶片倾角对试件换热的影响,得到当旋流叶片倾角为45°时平板温度最高、换热最大的结论,相应结果可为发动机防火试验提供指导。     

民机座椅垫及座椅结构燃烧试验差异分析

客舱座椅是民机舱内材料最重要的组成部分之一,其阻燃能力可直接对民机客舱的防火安全性造成影响,为保障民机在空中的安全飞行,必须对其开展燃烧性能的研究。目前,测试民机座椅燃烧性能的试验主要由测试座椅垫可燃性能的座椅垫油燃烧器燃烧试验和测试座椅结构抗燃性能的座椅结构可燃性油燃烧器燃烧试验组成。这两种试验存在很多相似点,第一在试验过程中需使用相同的燃烧器,第二试验名称及多项试验指标均非常接近。但是,此前发表的文件从未对两种试验的差异作出解释,使其在测试过程中极易混淆,可能对客舱座椅材料上机前安全检查的质量造成严重影响。因此,本文对两种试验方法进行了论述,并从多方面解释了二者的差异。     

飞机发动机短舱结构防火设计与试验验证

按照运输类飞机适航标准第25部(CCAR-25)适航条款的要求,对某型飞机发动机短舱结构进行了防火设计,并对发动机短舱典型结构的防火性进行了试验验证。试验结果表明发动机短舱的材料选用、零部件的结构设计能隔离火焰,并阻止燃油或空气输给着火区,橡胶型材的防火性、密封性及防火涂料的防火性、粘合性良好,满足飞机设计要求。     

航空发动机防火安全性设计与验证分析

防火能力是影响航空发动机安全性水平的重要特性之一。旨在为防火安全性设计和评估验证工作提供参考与借鉴,针对航空发动机的高安全性需求,借鉴国外航空发动机研制技术经验以及相关标准和适航规范,分析了航空发动机防火安全性的能力要求。从选材控制可燃物、细节消除火源、防火墙阻止火势蔓延3方面提出了防火设计策略。对防火试验中的分类、火焰条件、试验状态、程序以及判据进行了研究,明确了考核试验内容及方法。研究可为航空发动机承研单位提供指导,为使用部门鉴定或适航审查提供依据,为相关标准的制定和修订提供参考。     

民用飞机短舱密封件防火试验技术研究

对于涡扇发动机,短舱的核心舱为指定火区。如果附件齿轮箱(AGB)布置在风扇舱,风扇舱是指定火区。短舱应满足防火的要求,以将火区和非火区完全隔离,防止火区的火焰或高温气体进入到其它区域,造成危害。短舱防火密封件是短舱防火墙的重要组成部分,在短舱和吊挂之间,以及短舱各部件之间的界面通常设计有密封件,部分密封件位于火区的边界,因此需要满足相应的防火设计要求,而防火试验验证是目前普遍采用的适航验证方法。从防火适航要求入手,分析了防火试验的要求,包括试验件要求、试验设备要求、试验环境要求,详细阐述了密封件的防火试验方法。最后以块状橡胶密封件防火试验为例,对试验结果进行了分析。对于进行短舱的防火墙试验具有指导意义。     

机载火焰抑制器流阻特性研究

通过试验和数值计算方法研究了六边形阻火单元结构火焰抑制器的流阻特性,分析了火焰抑制器结构参数对其流阻特性的影响。研究发现,随着六边形通道边长的减小,火焰抑制器的流阻急剧增大;随着六边形通道壁厚的增加,火焰抑制器的流阻呈增大趋势;阻火单元长度越长,火焰抑制器流阻越大。因此,在火焰抑制器设计过程中,在满足阻火、耐烧及结构强度等设计要求下,应选取较大的六边形通道边长、较小的六边形通道壁厚和阻火单元长度。     

航空发动机防火试验火焰特征数值仿真分析

为得到统一的航空发动机防火试验标准和通用的试验条件,建立NexGen燃烧器的数值仿真模型,使用SST k-ω湍流模型、非预混燃烧模型、DO辐射模型计算了定常稳态火焰特征分布,分析了火焰温度、热流密度和速度的空间分布。结果表明,温度随着距扩张锥出口距离的增大先增加后减小,在距扩张锥101.6 mm平面处达到最大;速度随着距扩张锥出口距离的增大而减小;热流密度随着距扩张锥出口距离的增大而减小;火焰的温度、速度、热流密度在101.6 mm平面均匀性最好,试验件放在100.0 mm比101.6 mm平面处更容易被烧穿。     

飞机货舱防火设计要求研究

从飞机货舱总体布局、隔离、通风冷却及排漏,不同等级货舱防火等方面进行了全面论述,研究了货舱结构防火设计与材料选择、货舱防火设施配置、灭火器、货舱烟雾或火警探测系统、货舱内系统布置以及货舱防火试验等,形成了顶层的货舱防火设计要求。     

燃烧条件下火焰筒温度及噪声载荷特性实验研究

航空发动机燃烧室内部高温、气动及噪声等复杂载荷环境是导致火焰筒结构产生裂纹的主要因素之一，掌握火焰筒结构表面载荷特性及其与燃烧参数之间的关系，对于其强度评估非常重要。本文依据某型发动机真实构型设计了典型火焰筒试验件，搭建了模拟燃烧试验平台，发展了热电偶/示温漆组合测温和基于波导管的噪声测试方法，获得了不同燃烧状态下火焰筒表面的温度与噪声载荷分布特征，通过对比试验给出了进口温度、流量、供油量等参数对结构载荷的影响规律。结果表明，火焰筒表面噪声总声压级峰值超过150d B，总声压级、频率特性及分布特征与燃烧状态和结构振动特性等因素相关。     

弱旋流燃烧器流场特征和污染排放研究

弱旋流燃烧技术具有极低的NOx污染排放能力,是未来燃气涡轮发动机低排放贫油预混燃烧组织方案之一。为了深入理解弱旋流流场特征和燃烧稳定性,建立了采用弱旋流燃烧器的试验装置,设计了不同几何尺寸的叶片式旋流器,采用PIV以丁烷为燃料获得了稳定的弱旋流火焰,采用激光诱导荧光技术测量了火焰结构,火焰中具有明显的局部熄火和再点火区域。在不同来流条件下开展了火焰稳定范围研究,确定了燃烧器的火焰抬升和贫油熄火油气比,燃烧器共呈现了三种不同的燃烧模式:附着火焰、"W"型火焰和"U"型火焰。采用燃气分析仪测量了燃烧器的污染物排放,所有状态下NOx排放低于10ppm。     

民用飞机短舱防火试验件设计及验证

针对短舱火区典型结构设计了防火试验件,通过试验比较了两种复合材料及防火涂层的防火性能,测试了防火橡胶型材进行密封防火的可行性。试验结果表明,相比使用防火涂层,苯并噁嗪树脂碳纤维织物和普通树脂碳纤维织物材料本身无须涂覆防火涂层,也能满足防火要求,但前者防火性能更佳;采用防火橡胶型材进行密封防火是可行的,为发动机短舱结构的防火设计提供参考并可实际应用。     

飞机不可达区域材料火灾安全特性适航要求研究进展

飞机防火适航要求是确保飞机安全可靠运行的基础。本文回顾了近年来飞机火灾事故的调查结果和先进复合材料在飞机上的应用情况,以及由此引发的适航机构对不可达区域内材料防火阻燃性能适航要求是否充分、验证试验方法是否合适等一系列问题的关注。重点论述了国外对飞机不可达区域材料防火适航要求研究的发展历程,分析了现有民航规章体系的现状,指出对于不可达区域内材料防火适航要求应及时修订完善,以便更加准确快速地评估火焰蔓延传播能力,减少飞机火灾安全隐患。     

发动机短舱指定火区适航防火要求研究

通过对CCAR-25[1]部发动机短舱火焰防护适航条款要求进行分析,按防火、耐火要求将条款内容进行对比,参考美国联邦航空局的咨询通告和修正案,对火焰防护的确定原则、设计要求与验证方法进行研究,明确发动机短舱内的材料和零部件的防火、耐火要求。     

运输类飞机发动机短舱火焰防护设计与验证

通过对CCAR-25部运输类飞机发动机短舱火焰防护适航条款的要求进行分析,按照防火、耐火要求将条款内容进行对比,参考美国联邦航空局的咨询通告和修正案,对火焰防护的确定原则、设计要求与验证方法进行了研究,明确发动机短舱内的材料和零部件的防火、耐火要求。     

航空发动机滑油箱防火试验验证

从适航条款的要求出发,对滑油箱防火试验要求、验证方法、判据准则等进行研究,并对某型民用涡轴发动机滑油箱进行防火试验验证,可为今后其他型号开展滑油箱防火试验提供指导依据。     

局部富油供油扩展燃烧室贫油点火熄火边界研究

介绍了燃烧室主燃区设计中熄火特性与综合性能间的折衷考虑,设计了火焰筒头部均匀供油和局部富油供油方案,并在全环试验燃烧室上进行了两种方案对燃烧室贫油点火熄火边界影响的对比试验,分析和总结了火焰筒头部局部富油设计方案的点火熄火规律。结果表明:局部富油设计可显著扩展燃烧室贫油点火熄火边界。      

速度脉动下分层旋流火焰动态传播结构提取

为了深刻理解分层旋流火焰的动态结构,开展了分层旋流火焰动态的模态分析和参数化研究.实验在BASIS(北京航空航天大学发展的具有台阶隔离段的独立分层旋流燃烧器)上开展,以甲烷为燃料预混燃烧,使用高速摄像捕捉了速度脉动下的CH*化学发光信号动态图像.利用传统的本征正交分解(POD)和重定向POD分析了火焰动态特性,并利用重...     

受限空间预混钝体稳定与抬升火焰激光诊断

在受限空间预混钝体燃烧器中,利用OH-PLIF （平面激光诱导荧光）、PIV （粒子图像测速）和瑞利散射测温技术实验研究了火焰结构、流场和温度场之间的相互影响关系。对比分析了贫燃稳定与富燃抬升状态下甲烷/空气预混火焰的燃烧场特性。实验结果表明：火焰结构、流场和温度场分布之间均存在直接联系。贫燃（当量比为0.8）火焰钝体上方为膨胀的高温低速回流区,利于火焰维持稳定;富燃（当量比为1.2）火焰倾向在受限空间出口与外界空气卷吸后着火,其钝体上方为类似冷态的低速低温回流区,无法点燃混合气,因而形成抬升火焰。分析各场局部分布信息获得火焰场间相互依赖规律：钝体火焰中,高温和低速对应已燃区,低温和高速对应未燃区。     

双燃式冲压发动机中富油燃气射流的超燃研究

在空气流量1.2kg/s左右的地面连管试验台上，研究了双册槽结构的超燃室中多股高温富油燃气射流的超燃特性。试验结果表明，超燃点火可靠，火焰稳定，超燃效率可达0.8以上。因此超燃新方案是可行的。     

贫燃预混旋流火焰PIV和OH-PLIF瞬态同步测量

为了研究贫燃预混旋流火焰流场与火焰结构特性,设计了强受限预混旋流燃烧器,搭建了PIV(粒子图像测速)和OH-PLIF(平面激光诱导荧光)瞬态同步测量系统。针对典型贫燃工况开展了瞬态同步测量研究,获得了多个截面的瞬态和时均流场速度和OH分布信息。研究表明:低当量比不稳定燃烧工况下,伴随着角涡回火现象,燃烧室底部角落存在明显火焰反应区;由于旋流拉扯效应导致OH分布结构边缘产生褶皱,并出现多个OH“孤岛”;旋流火焰外沿位于喷嘴射流的内侧剪切层;增加当量比,火焰流场结构与反应区分布与低当量比类似,但燃烧更稳定,火焰高度有所增加;内部回流区的经典双涡结构分裂为多个旋涡,存在旋涡进动、破碎的现象。