旋流杯设计参数对燃烧性能的影响

通过三维数值模拟和试验相结合的方法,针对航空发动机主燃烧室开展了火焰筒头部旋流杯设计参数对燃烧室性能影响的研究,其关键设计参数为副旋流器相对进气量和旋流数,关注的燃烧性能包括出口温度场分布、NOx排放量等.结果表明:数值计算获得的规律与试验的结论基本一致.随着副旋流器相对进气量的增加,主燃烧室出口温度场逐渐恶化,而NOx排放量略有降低;副旋流器旋流数偏离基准设计值时,出口温度场恶化,而NOx排放量随旋流数的增加而增加.     

分层旋流燃烧器冷态流场的大涡模拟

针对旋流数为0.25,0.45和0.79三种工况下带有中心钝体的分层旋流燃烧器的冷态流场进行了大涡模拟(LES),选取动态Smagorinsky涡黏模型作为亚格子尺度的湍流模型,研究旋流强度对钝体回流区、涡旋破碎和进动特征的影响.模拟结果与实验结果符合得较好.模拟结果表明:3个旋流数下钝体回流区的大小没有明显改变,轴向长度都约为20mm.Q准则用来显示涡旋结构,结果表明螺旋涡产生于旋流剪切层的Kelvin-Helmholtz不稳定性;增大旋流强度,涡旋破碎发生的位置向上游移动.功率谱密度(PSD)表明流场出现进动特征,进动运动沿流向逐渐衰减;旋流数为0.45和0.79时,钝体回流区末端出现进动特征;3个旋流数下,进动频率都约为78Hz.     

冲压发动机燃烧室热防护技术

冲压发动机燃烧室热防护是其关键技术之一。隔热层烧蚀冷却、气膜冷却是冲压发动机常用的冷却方式。随着飞行器飞行马赫数和射程的增加,燃烧室的热防护问题越来越突出,必须发展先进的冷却技术才能适应其工作要求。提出了解决问题的三个途径:发展先进的耐热材料、采用新的火焰筒冷却技术、提高传统的气膜冷却效率。     

RBCC燃烧室超声速反应混合层特性的大涡模拟

以飞行马赫数为4.5Ma的RBCC发动机典型工作状态为研究背景,采用大涡模拟研究了支板火箭射流和空气来流形成的超声速反应混合层的掺混燃烧过程,获得了燃烧室内详细的流场结构和流动特征,分析了强射流条件下超声速反应混合层的特性。结果表明由于速度梯度的存在,火箭射流进入燃烧室后与空气来流形成环形剪切层,剪切层内丰富的旋涡结构主导火箭射流和空气来流的掺混燃烧,随着湍流能量的串级输运,化学反应过程中释放的能量将被转化成细观尺度的湍流动能,大尺度旋涡将能量传递给小尺度旋涡并最终耗散,细小尺度的旋涡一方面能够促进燃烧反应物的掺混并强化燃烧过程,另一方面会给化学反应过程带来强烈的脉动,使得局部火焰淬灭,火焰结构表现出明显的非定常性。     

环形引射器流场研究

采用数值模拟与缩比试验相结合的方法,对环形弓射器内部流场进行了分析,对数值模拟结果与缩比试验结果进行了比对,验证了数值仿真模型及选取的控制方程的有效性和准确性。结果表明,采用数值模拟得到的结果与缩比试验结果基本一致,数值模拟能够正确反映环形引射器流场状况。     

基于半经验耦合的贫熄边界预测方法

提出了一种根据FV(flame volume)模型与燃烧室热态仿真相结合的贫油熄火边界耦合预测方法。利用两种不同构型五个不同方案燃烧室的贫熄试验数据对此方法进行验证,结果表明:对于直流型燃烧室与回流型燃烧室,FV模型中的经验常数K分别取1.35和0.55时,能够保证各方案燃烧室的贫油熄火边界预测精度均在±20%以内。相比于Lefebvre模型,此方法的计算精度更高、适用范围更广。      

震荡磨削在伺服阀阀套内环槽工作边加工中的应用

滑阀副是通过阀芯、阀套重叠处阀口控制流体流动方向及流量大小的,阀套工作边棱边质量对伺服阀工作性能有决定性影响。阀套内环槽全开口工作边常常利用硬车后研磨的工艺方法加工,存在加工质量不稳定而返工的问题。分析了阀套工作边震荡磨削加工的磨削原理,采用震荡磨削开展了阀套内环槽全开口工作边的加工研究。基于正交实验设计,构建了震荡磨削实验,研究了震荡速率和轴向进刀速度对表面质量、毛刺高度和锐边完整性的影响。经数学分析表明,Z轴和X轴进给速度对表面粗糙度和毛刺高度的影响相对一致,va越大、vf越小,对应的表面粗糙度越低、毛刺越小。实验结果表明,震荡磨削是伺服阀全开口阀套工作边精密加工的一种可行方法,可以广泛应用于起阀口作用的内外环槽结构的加工中。     

一种应用于不规则平面域的网格生成技术

建立了一种关于由四条不规则边界线封闭的平面区域的通用网络生成数值的方法。生成了某型小涡扇发动机环形燃烧室的平面网络,应用在该燃烧室的ＣＦＤ计算中。实践证明该方法简单,计算快速、准确,在由复杂形状边界组成的喷气发动机燃烧室流场计算中具有重要的应用价值。     

航空发动机火焰筒矩形点焊换段修理技术研究

针对某型航空发动机火焰筒大修时出现的裂纹、烧伤及侵蚀问题,开展了火焰筒第4～6段换段修理工艺试验。通过分析火焰筒的结构,确定了用新段替换相应的故障段的方法对火焰筒进行修复。在拆分故障段时,尽量减小保留段壁厚的局部减薄量;在重新装配时,避免在原电阻焊点处再次焊接;通过采取以上工艺措施,实现了火焰筒的换段修理。同时进行了电阻焊焊接拉伸试验、撕破检查、金相组织检查等工艺验证试验。换段修理的火焰筒通过了发动机试车考核验证。换段工艺方法也可作为批生产过程中部分段制造有缺陷时的补救方案。     

燃气轮机燃烧室火焰筒耐温技术的发展与应用

为了理清火焰筒耐温技术的发展脉络,明确未来的发展方向,对火焰筒壁面冷却技术、热障涂层技术与耐高温材料技术进行了综合分析.火焰筒冷却技术是保证火焰筒壁面处于材料允许的安全工作范围内的关键技术,多种冷却技术相结合的复合冷却技术将是今后的重点发展方向,而采用EB-PVD技术进行多层涂履的热障涂层技术将会得到进一步的发展.陶瓷材料由于其特殊的耐高温热氧化能力,将有望成为未来燃烧室火焰筒的主要材料.