趙鵬，劉小克，秦起龍，韓勇勇

(沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所，沈陽110015)

1 引言

某型發(fā)動機(jī)燃燒室安裝的噴嘴分為標(biāo)準(zhǔn)型和放大型2種，其中的放大型噴嘴可以保證燃燒室有較好的點火與熄火性能。為提供解決燃燒室在起動過程中出現(xiàn)的出口溫度分布過度惡化問題的初始方案，本文對比研究了主燃燒室點火電嘴附近的副油路流量放大噴嘴的流量放大比例，對燃燒室慢車熄火特性和出口溫度場分布特性的影響。

2 試驗件和試驗設(shè)備

2.1 試驗件

原型流量放大噴嘴的流量比標(biāo)準(zhǔn)型噴嘴的放大96.83%。為了進(jìn)行對比研究，加工了3組節(jié)流嘴，流通內(nèi)徑分別為0.6、0.8、1.0 mm。安裝節(jié)流嘴后的噴嘴相對于標(biāo)準(zhǔn)型噴嘴的放大比例分別為：A組－22.46%；B組－45.45%；C組－79.27%。

2.2 試驗設(shè)備

2.2.1 試驗器

該試驗在全環(huán)形燃燒室試驗器上進(jìn)行，其空氣系統(tǒng)原理如圖1所示。

全環(huán)燃燒室試驗器由進(jìn)氣、排氣、冷卻氣、燃料、冷卻水、測量、電氣、控制等系統(tǒng)組成。根據(jù)?；瘻?zhǔn)則，燃燒室進(jìn)口溫度高于空壓機(jī)來流溫度，要求與發(fā)動機(jī)真實狀態(tài)一致。對此，在試驗時，采用間接加溫和直接加溫相結(jié)合的方式來實現(xiàn)。間接加溫是讓燃?xì)馔ㄟ^回?zé)崞?，利用高溫余熱對進(jìn)氣進(jìn)行換熱加溫，以達(dá)到預(yù)熱空氣的目的，其優(yōu)點是不會改變空氣的成分；直接加溫是采用加溫燃燒室，直接向來流空氣中噴入燃油，使之燃燒，以得到所需的燃燒室進(jìn)口溫度。

2.2.2 測量裝置

燃燒室進(jìn)口空氣流量由安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)上的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴來測量。通過測量流量噴嘴前的壓力、溫度和噴嘴前后的壓差，利用該流量噴嘴的計算公式，對進(jìn)口空氣流量進(jìn)行計算。燃燒室進(jìn)口參數(shù)測量截面布置在進(jìn)口測量段后部；在壁面上的同一截面，沿周向設(shè)置2個總壓測量點和4支溫度測量熱電偶，在每支熱電偶感頭上按等直徑設(shè)計有3個測點，所有受感元件的堵塞面積不大于通道面積的5%。燃燒室出口燃?xì)鉁囟扔砂惭b在后測量段擺動機(jī)構(gòu)上的溫度受感部來測量。

出口測量段是1個水、氣雙冷高溫自動掃描檢測裝置。在旋轉(zhuǎn)測量裝置上布置4支溫度受感部，每個電偶沿徑向有5個按等環(huán)面布置的測點。旋轉(zhuǎn)裝置按一停一轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)90°，每轉(zhuǎn)3°測量1次；位置信號由轉(zhuǎn)角編碼器采集和輸出，到達(dá)測量位置時自動采集，則可以得到燃燒室出口600點的溫場數(shù)據(jù)。

在測量段進(jìn)口與燃燒室出口頭部相對應(yīng)的位置安裝單點溫度受感部，測量出口溫升，以滿足慢車熄火試驗要求。

3 試驗結(jié)果

3.1 慢車熄火試驗

在給定狀態(tài)下，熄火邊界隨進(jìn)口速度系數(shù)及流量放大比例的變化規(guī)律分別如圖2、3所示。

從圖2、3中可以看出，在相同進(jìn)口速度系數(shù)下，燃燒室熄火邊界受流量放大噴嘴的放大比例影響：安裝A組節(jié)流嘴噴嘴的放大比例最小，燃燒室熄火邊界最窄；安裝C組節(jié)流嘴的噴嘴放大比例最大，燃燒室熄火邊界最寬；安裝B組節(jié)流嘴噴嘴的燃燒室熄火邊界在A組與C組熄火邊界之間。

與未加節(jié)流嘴的原型噴嘴的燃燒室貧油熄火余氣系數(shù)相比，安裝A組節(jié)流嘴噴嘴的減小28%～35%，安裝B組節(jié)流嘴噴嘴的減小11%～20%，安裝C組節(jié)流嘴噴嘴的減小4%～15%?？梢?，安裝節(jié)流嘴的燃燒室貧油熄火邊界小于原型噴嘴的，并隨流量放大型噴嘴的放大比例增大而變寬。

3.2 出口溫度場分布

在指定試驗狀態(tài)下，進(jìn)行燃燒室出口溫度分布系數(shù)以及出口徑向溫度分布系數(shù)驗證。試驗結(jié)果如圖4、5所示。

圖4為不同流量放大噴嘴的燃燒室出口溫度分布系數(shù)OTDF隨放大比δ的變化曲線。從圖4中可見，出口溫場的均勻性受到流量放大噴嘴的放大比例δ的影響。當(dāng)N2r＝30%時，在0.498-1.083范圍內(nèi)變化，增幅為117%左右；當(dāng)N2r＝50%時，在0.484～0.746范圍內(nèi)變化，增幅為54%左右；當(dāng)N2r＝72%（慢車狀態(tài)）時，在0.411～0.573范圍內(nèi)變化，增幅為39%左右。此時，隨流量放大噴嘴的放大比例δ的減小而減小，出口溫場的均勻性較好；在相同放大比例下，隨N2r的增大而減小，出口溫場的均勻性較好。

圖5為RTDF隨放大比δ變化的曲線。從圖5中可見，在所模擬的發(fā)動機(jī)不同工作狀態(tài)下，即N2r＝30%、50%、72%（慢車狀態(tài)）時，安裝節(jié)流嘴噴嘴的燃燒室隨流量放大噴嘴的放大比例δ的減小呈微弱增大的趨勢，RTDF在0.072～0.082范圍內(nèi)變化；未安裝節(jié)流嘴噴嘴的燃燒室RTDF受N2r的影響較大，在0.056～0.111范圍內(nèi)變化。

這是因為與安裝原型噴嘴的燃燒室相比，安裝節(jié)流嘴噴嘴的燃燒室由于流量放大噴嘴出口面積變小，若滿足模擬試驗的燃油流量與原型燃燒室的一致的要求，則必須增大燃油供油壓力；供油壓力的增大使標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的霧化性能得到了提高，出口溫度場的均勻性得到了增強(qiáng)。出口溫場的均勻性受到流量放大噴嘴的放大比例δ的影響，燃燒室OTDF隨流量放大噴嘴的δ的減小而減小，即出口溫場的均勻性隨流量放大噴嘴δ的減小而增強(qiáng)。

圖6～9分別為在燃油總管的流量放大噴嘴有4種放大比例的情況下，在N2r＝30%狀態(tài)時，燃燒室的出口溫度分布情況。從圖中可以明顯看出，高溫區(qū)全部出現(xiàn)在4個流量放大噴嘴區(qū)域，出口溫度分布的均勻性幾乎完全取決于該區(qū)域的溫度分布；隨著放大比例的減小，燃燒室出口最高溫度明顯減小，由1386℃減小至1118℃，OTDF隨之減小，即出口溫度場的品質(zhì)得到了增強(qiáng)。

4 結(jié)論

綜上所述，放大型噴嘴的流量放大比例對燃燒室慢車熄火邊界和出口溫度場均勻性影響很大。（1）安裝節(jié)流嘴噴嘴的燃燒室慢車熄火邊界小于原型噴嘴的，并隨流量放大型噴嘴的流量放大比例的增大而變寬。（2）安裝節(jié)流嘴噴嘴的燃燒室出口溫度場均勻性比原型噴嘴的略好，燃燒室出口溫度分布系數(shù)隨流量放大噴嘴放大比例的減小而減??；燃燒室出口徑向溫度分布系數(shù)隨流量放大噴嘴放大比例的減小，呈微弱增大的趨勢。

[1] 金如山．航空燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室[M]．北京：宇航出版社，1988．

[2] 侯曉春，季鶴鳴，等．高性能航空燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2002.