劉愛虢,陳保東,王成軍,曾 文,李 明

(1.沈陽航空航天大學(xué) 航空航天工程學(xué)部(院)，沈陽 110136；2.北方聯(lián)合出版?zhèn)髅?集團(tuán))股份有限公司 綜合辦公室，沈陽 110003)

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)催化燃燒技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

劉愛虢1,陳保東1,王成軍1,曾 文1,李 明2

(1.沈陽航空航天大學(xué) 航空航天工程學(xué)部(院)，沈陽 110136；2.北方聯(lián)合出版?zhèn)髅?集團(tuán))股份有限公司 綜合辦公室，沈陽 110003)

針對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放的現(xiàn)狀，介紹了催化燃燒技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)?；谖廴疚锷蓹C(jī)理及控制原理闡述了催化燃燒的污染物控制方法，回顧了催化燃燒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了催化燃燒技術(shù)在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的可行性。采用催化燃燒技術(shù)的催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室已經(jīng)進(jìn)行了常壓和加壓的實(shí)驗(yàn)測試，其排放達(dá)到了超低排放水平，證明了催化燃燒室的發(fā)展?jié)摿ΑＲ獙?shí)現(xiàn)催化燃燒技術(shù)在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用還需要在地面試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)各種運(yùn)行工況進(jìn)行測試，并建立可預(yù)測催化劑性能的數(shù)學(xué)模型，對(duì)燃燒室內(nèi)的混合、流動(dòng)、燃燒及他們之間的相互作用開展深入的研究，建立可對(duì)催化劑老化性能進(jìn)行預(yù)測的數(shù)值模型。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；污染物排放；分級(jí)燃燒室；催化燃燒

隨著人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球航空業(yè)發(fā)展勢(shì)頭越發(fā)迅猛。目前，全球已有大約3 750 個(gè)機(jī)場，2 000 多家航空公司，每天有近23 000 架航空器在空中進(jìn)行飛行活動(dòng)。我國民用航空發(fā)展很快,目前已成為全世界民航業(yè)增長最快國家之一，2006年至2010年間民航航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量年均增長保持在14%左右。

據(jù)氣候變化政府間論壇(IPCC)1999年的報(bào)告，在影響全球氣候變化的溫室氣體排放量方面，航空活動(dòng)對(duì)大氣的排放占全部人類活動(dòng)總排放的3.5%。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人類對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排放提出了要求，特別是對(duì)NOX的排放要求越來越嚴(yán)格[1]。NOx對(duì)環(huán)境具有巨大的破壞作用，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面破壞平流層(同溫層) 中的臭氧層，使之失去對(duì)紫外光輻射的屏蔽作用。同時(shí)，臭氧層的破壞也會(huì)引起地球溫暖化及氣候惡化。另外一方面NOX與SO2和粉塵共存,可生成毒性更大的硝酸或硝酸鹽氣溶膠，形成酸雨[2]。為了提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)效率，燃燒室的工作壓力和溫度在不斷提高，而NOx的生成與燃燒室溫度成指數(shù)關(guān)系。因此，如何在提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的同時(shí)，進(jìn)一步降低NOx排放量是未來先進(jìn)民用發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的主要研究目標(biāo)。

1 民用發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放及控制

1.1 排氣污染的標(biāo)準(zhǔn)

表1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的LTO循環(huán)

到現(xiàn)在為止，ICAO對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)頒布有1986、1993、1996和2004年生效的CAEP1,2,4和6標(biāo)準(zhǔn)等4個(gè)版本，目前執(zhí)行的是CAEP/6標(biāo)準(zhǔn)[5]。因NOx的排放對(duì)環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，所有標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)NOx的規(guī)定也日趨嚴(yán)格，以CAEP/1為基準(zhǔn)，分別與CAEP/2,4和6標(biāo)準(zhǔn)相比，相對(duì)前一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，后者分別降低20% 、16.5%和12%。而對(duì)于CO,HC以及冒煙的規(guī)定保持不變[6]。中國民用航空局在2002年3月頒布的CCAR-34 部中規(guī)定了新的和在用的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣排出物標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于2002年4月19日及其后制造的額定輸出等于或大于26.7 kN的用于亞音速飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)氣體污染物中NOX不得超過(32+1.6(rPR))克/千牛額定輸出[7]，其排放標(biāo)準(zhǔn)與CAEP/2相當(dāng)。

由文獻(xiàn)[8]中所統(tǒng)計(jì)月從20世紀(jì)70年代至今的所有額定推力大于89 kN的航空發(fā)動(dòng)機(jī)在LTO循環(huán)內(nèi)的NOx排放取證數(shù)據(jù)可知[8]，1990年以后取證的發(fā)動(dòng)機(jī)基本上都滿足CAEP/6標(biāo)準(zhǔn)，但為了滿足市場需求，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商仍在不斷追求更低的排放。從2014年開始，將執(zhí)行CAEP/8標(biāo)準(zhǔn)，NOx排放進(jìn)一步降低15%，并考慮設(shè)置CO2的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)細(xì)小固體顆粒物(PM)排放限制也更加嚴(yán)格[9]。中國民航局針對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)已成為民航業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)的國際背景，近年來專門成立了民航節(jié)能減排辦公室，積極出臺(tái)了諸多相關(guān)政策[10]。找到一條實(shí)用且從根本上降低航空發(fā)動(dòng)機(jī)NOX排放的新途徑勢(shì)在必行。

1.2 排氣污染的控制措施

低排放燃燒室已成為民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入國際市場的“門檻”技術(shù)，目前大部分航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中采用了富油擴(kuò)散燃燒方式，燃燒組織沿著一條溫度逐漸升高再下降的路線運(yùn)行。燃燒過程要經(jīng)歷高溫燃燒，這是常規(guī)燃燒室存在的核心問題，因而在高溫下NOX排放較多是必然的[11]。主燃區(qū)溫度對(duì)污染物排放的影響如圖1所示[4]。由圖1可以看出，要降低污染物的排放水平，需將燃燒室溫度控制在1 670～1 900 K的狹窄溫度范圍內(nèi)，這為航空低排放燃燒室的研發(fā)提供了最基本的理論基礎(chǔ)。目前大多數(shù)低排放燃燒室的研發(fā)都是基于這一基本原理。

20世紀(jì)90年代后期以來，美國和歐盟國家針對(duì)低排放燃燒技術(shù)獨(dú)立(和/或)聯(lián)合實(shí)施了一系列的研究計(jì)劃[12]。根據(jù)污染物的生成機(jī)理，不同的燃燒污染物控制方式都曾被提出并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，其中被公認(rèn)為效果最好并已開始使用的是貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)(LPP)。LPP燃燒是通過將當(dāng)量比控制在0.6～0.8的區(qū)域并使溫度分布均勻來降低燃燒溫度，使NOx和CO排放都處于可以接受的范圍。但LPP本身存在燃燒不穩(wěn)定、自燃與回火等問題，特別是隨著增壓比的不斷提高而變得更加突出[13]。

圖1 主燃區(qū)溫度對(duì)污染物排放的影響

為了保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)LPP燃燒室良好的點(diǎn)火、貧油熄火性能，以及工作包線內(nèi)的高燃燒效率和低污染排放，可采用分級(jí)燃燒的方式[4]。目前提出的分級(jí)形式包括軸向分級(jí)、徑向分級(jí)和中心分級(jí)等[14-15]，其目的是把燃燒室分成幾個(gè)燃燒區(qū)，在每個(gè)區(qū)單獨(dú)供燃油和空氣，并使其均勻混合。控制各區(qū)燃燒溫度(見圖2)，使其在所有工況下都保持較低的污染物排放。但其缺點(diǎn)是燃燒室上游的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)可能導(dǎo)致在高進(jìn)口溫度下發(fā)生自動(dòng)點(diǎn)火或回火，同時(shí)燃燒室要冒險(xiǎn)運(yùn)行在接近貧油熄火極限并增加了燃油控制的復(fù)雜性[16]。采用分級(jí)燃燒是實(shí)現(xiàn)低NOX排放的新途徑，但如何擴(kuò)大貧油熄火極限實(shí)現(xiàn)低溫反應(yīng)成為分級(jí)燃燒室的關(guān)鍵問題。

圖2 分級(jí)燃燒機(jī)理

2 催化燃燒技術(shù)原理及應(yīng)用

2.1 催化燃燒技術(shù)原理

把貧油熄火極限擴(kuò)大到較低當(dāng)量比的一個(gè)方法是在燃燒室內(nèi)增加一段燃燒強(qiáng)化催化劑。催化燃燒是典型的氣固相催化反應(yīng)，借助催化劑可以降低反應(yīng)的活化能加快反應(yīng)率，燃料在通常的燃料-空氣混合物可燃極限以下的溫度氧化[17]。其實(shí)質(zhì)是，空氣中的氧氣被催化劑中的活性組分活化，當(dāng)活性氧與反應(yīng)物充分接觸時(shí)發(fā)生了能量的傳遞，反應(yīng)物分子隨之被活化從而加快了氧化反應(yīng)的反應(yīng)速率[18]。在燃燒室中,使用催化劑代替一部分熱反應(yīng),使穩(wěn)定燃燒發(fā)生在比常規(guī)燃燒室的溫度低約1 000 K的溫度區(qū)間，可實(shí)現(xiàn)燃燒過程的低排放。燃燒室中NOX的生成機(jī)理主要是熱力型，生成速率與燃燒溫度成指數(shù)規(guī)律變化,因而隨燃燒溫度的降低,也就減少了NOX的排放。在動(dòng)力裝置中需要降低經(jīng)過燃燒室時(shí)的壓力損失，此時(shí)只能采用蜂窩狀整體式催化燃燒室，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，是由許多平行的直徑非常小的微元管構(gòu)成。催化劑通過一定的工藝涂加到微元管內(nèi)壁上，這種催化燃燒室的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壓力損失小。催化反應(yīng)在單個(gè)孔通道中的壁面上進(jìn)行，孔道的壁面上涂有催化劑和輔助催化劑，支撐體為堇青石。

圖3 蜂窩狀整體式催化燃燒室內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 催化燃燒技術(shù)在地面燃機(jī)上的應(yīng)用

在燃燒室中采用催化燃燒技術(shù)降低NOX的排放最早是由William Pfefferle在1975年提出的[19]，隨后美國和日本等國都積極開展了可應(yīng)用于不同尺度地面燃機(jī)燃燒室的催化技術(shù)的研究[20-22]。當(dāng)時(shí)催化劑溫度高于燃燒室出口燃?xì)鉁囟?因而引起了催化劑的失活和燒毀問題，限制了催化燃燒室的發(fā)展。90年代利用分級(jí)燃燒室的概念提出了催化燃燒和預(yù)混燃燒相結(jié)合的設(shè)計(jì)，降低了催化劑溫度，防止了催化劑的高溫失活和老化。

確定合理的催化-預(yù)混燃燒室結(jié)構(gòu)，并開展相關(guān)的常壓、高壓原型機(jī)及部件實(shí)驗(yàn)測試，一直是各國開展催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室研究的方法。催化燃燒可以降低反應(yīng)的最高溫度，但目前沒有可以在高溫下長期運(yùn)行的催化材料。為保證催化劑在較低溫度下運(yùn)行可采用不同的燃燒室結(jié)構(gòu)，包括二次燃?xì)獯呋紵?、二次空氣催化燃燒及部分催化燃燒。日本的Toshiba公司和Tokyo電力公司在上個(gè)世紀(jì)90年代提出了一種催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室的概念，并共同開展了1 300 ℃級(jí)燃燒室的全尺度常壓實(shí)驗(yàn)及催化劑的小尺度高壓實(shí)驗(yàn)[23]。所設(shè)計(jì)的燃燒室結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示，其中Z1為預(yù)燃區(qū)、Z2為預(yù)混區(qū)、Z3為催化區(qū)、Z4為氣相燃燒區(qū)，燃料分三部分進(jìn)入燃燒室：F1用于提高催化劑入口溫度，F(xiàn)2用于催化燃燒，F(xiàn)3與催化燃燒室出口尾氣混合后在氣相反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)以滿足透平入口溫度要求。常壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用所提出的燃燒室結(jié)構(gòu)可以使催化劑的工作溫度在800 ℃左右，這樣可以確保催化劑的耐久性，同時(shí)降低了燃燒室的總排放。日本中央電力研究院與Kansai電力公司從1988年開始聯(lián)合開展了應(yīng)用于高溫燃?xì)廨啓C(jī)上的催化燃燒技術(shù)，所設(shè)計(jì)的催化-預(yù)混燃燒室結(jié)構(gòu)如圖5所示。主要特點(diǎn)是催化燃燒部分與預(yù)混部分交叉排列，在沒有催化劑的預(yù)混通道內(nèi)完成混合和預(yù)熱，催化燃燒與預(yù)混燃燒進(jìn)行軸向分級(jí)。所完成的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， NOX主要來源于預(yù)燃室，隨燃燒室運(yùn)行壓力的提高NOX排放降低，由于催化劑的老化時(shí)間及實(shí)驗(yàn)條件的限制沒有明顯看出催化劑老化對(duì)反應(yīng)特性的影響[24]。

圖4 Toshiba公司設(shè)計(jì)的催化燃燒室

美國能源部先進(jìn)渦輪系統(tǒng)計(jì)劃提出了采用催化燃燒降低排放的計(jì)劃，并在Solar和西門子-西屋公司分別實(shí)施了實(shí)驗(yàn)與理論研究[25]。Solar的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定了在催化燃燒室入口獲得燃料與空氣的均勻混合是非常重要的，同時(shí)兩個(gè)公司的實(shí)驗(yàn)都表明在催化燃燒中催化劑的持久性、老化特性及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)都是需要進(jìn)一步研發(fā)的工作。在長時(shí)間工作下，催化劑會(huì)發(fā)生老化導(dǎo)致催化活性下降，這是影響催化燃燒可靠性及可維護(hù)性的重要因素。影響催化劑老化性能的因素較多，同時(shí)對(duì)老化性能的研究也是耗時(shí)的。采用數(shù)學(xué)手段建立催化劑老化性能模型，用于預(yù)測催化劑的反應(yīng)特性及對(duì)催化燃燒室的可靠性進(jìn)行預(yù)測是一個(gè)重要的研究課題。GE、Kawasaki等采用商業(yè)化XONON催化劑模塊，分別在GE10-1、Kawasaki的M1A-13A和13X發(fā)動(dòng)機(jī)上分別進(jìn)行了現(xiàn)場測試(圖6)。目的是測試催化劑模塊的可靠性、可獲得性、可維護(hù)性及通過8 000小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行確認(rèn)催化劑材料上的進(jìn)展對(duì)催化劑持久性的影響[26-28]。結(jié)果表明，催化燃燒室可靠性的提高很大程度上取決于溫度場和濃度場的改善，影響催化劑持久性的因素較多，催化劑持久性模型的建立與完善還需要對(duì)更多實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖5 日本中央電力研究院設(shè)計(jì)的催化燃燒室

圖6 帶有XONON催化劑模塊的催化燃燒室

2003-2006年歐盟開展了由10個(gè)成員國參與的CATHLEAN項(xiàng)目，通過成員之間的協(xié)作開發(fā)一種具有低NOX排放、高部分負(fù)荷穩(wěn)定性及低熱聲脈動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(如圖7所示)[29-33]。項(xiàng)目的全尺度實(shí)驗(yàn)表明，催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室的概念是可行的，催化轉(zhuǎn)化提高了燃燒室的性能。

圖7 CATHLEAN分級(jí)燃燒室結(jié)構(gòu)圖

但在催化劑持久性及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件對(duì)持久性的影響方面，該項(xiàng)目沒有進(jìn)行詳細(xì)的研究。

催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室概念的可行性通過各國的實(shí)驗(yàn)研究已得到了認(rèn)可，其優(yōu)秀的低排放特性也吸引了人們的注意。在這類燃燒室的研究中，各國研究人員提出了不同的燃燒室結(jié)構(gòu)來滿足運(yùn)行條件對(duì)燃燒室的要求。在各國對(duì)催化燃燒室的實(shí)驗(yàn)研究中，所暴露出來的一個(gè)主要問題是催化劑的低溫活性、高溫持久性及老化性能對(duì)燃燒室性能的影響。

制約催化燃燒技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用的主要技術(shù)難題還是催化劑及載體在長時(shí)間應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的性能及結(jié)構(gòu)的變化，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行成功的預(yù)測及解決將是催化燃燒技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。俄羅斯的Borekov催化研究所和瑞典的皇家技術(shù)研究院提出了通過采用改變催化劑微粒的形狀、尺寸及催化燃燒室內(nèi)整體式反應(yīng)器的連接方式來改變催化劑的低溫及高溫特性，并開展了最高壓力為13.5 bar的實(shí)驗(yàn)測試[34-35]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同的催化劑組合方式可以實(shí)現(xiàn)催化劑的低溫活性及高溫穩(wěn)定性，在保證燃料轉(zhuǎn)化率的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不同入口溫度下的超低排放。將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，分析催化劑內(nèi)傳熱傳質(zhì)及表面反應(yīng)特性也是對(duì)催化燃燒進(jìn)行研究的重要手段，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究可起到輔助與指導(dǎo)作用[36-40]。

對(duì)催化燃燒的研究國內(nèi)已開展多年，研究的重點(diǎn)大多集中在催化劑、催化通道的特性及運(yùn)行參數(shù)對(duì)催化反應(yīng)特性的影響上[41-43]。目前，只有上海交通大學(xué)開展了采用催化燃燒技術(shù)的以煤礦通風(fēng)瓦斯氣為燃料的微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的研究[44-45]。

3 催化燃燒技術(shù)在民用發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究及前景分析

大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)將是民用航空器的主要?jiǎng)恿υ?，提高發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行，發(fā)動(dòng)機(jī)排放也將是各大發(fā)動(dòng)機(jī)公司的競爭點(diǎn)。在大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中采用催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室，降低發(fā)動(dòng)機(jī)飛行包線內(nèi)尾氣排放，同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性具有重要意義。美國空軍空氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在1978年提出了可用于渦扇、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上的富燃預(yù)混-催化燃燒室，并進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)測試[46]。所提出的燃燒室結(jié)構(gòu)如圖8所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出滿足發(fā)動(dòng)機(jī)從空轉(zhuǎn)到滿負(fù)荷運(yùn)行的低排放分級(jí)燃燒室是完全可行的，尾氣排放可以滿足1979年的排放標(biāo)準(zhǔn)。NASA的清潔催化燃燒室計(jì)劃完成了大量的關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)催化燃燒室的實(shí)驗(yàn)，所獲得的重要結(jié)論是催化燃燒室連續(xù)的高溫運(yùn)行是主要限制性因素[47]。Volvo航空公司的Richard Avellan提出了將催化燃燒室與預(yù)混燃燒室并聯(lián)的分級(jí)燃燒方案，并采用發(fā)動(dòng)機(jī)在持續(xù)工作狀態(tài)下采用催化燃燒，起飛和降落過程采用預(yù)混燃燒室運(yùn)行的分級(jí)燃燒方式。這樣在充分發(fā)揮催化燃燒室優(yōu)勢(shì)的前提下又避免了催化燃燒室在高溫下持續(xù)工作，確保了燃燒室的可靠性[48]。

圖8 美國空軍實(shí)驗(yàn)室富燃預(yù)混-催化燃燒室

國內(nèi)外對(duì)民用航空所制定的嚴(yán)格環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，給民用航空低排放燃燒技術(shù)的發(fā)展帶來巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。隨著催化劑相關(guān)技術(shù)的突破，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上采用催化燃燒技術(shù)降低污染物排放將指日可待。但航空發(fā)動(dòng)機(jī)的“安全性”永遠(yuǎn)是設(shè)計(jì)考慮的首要問題，考慮航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行特性，對(duì)催化燃燒技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用應(yīng)開展針對(duì)性的研究。借鑒在地面燃?xì)廨啓C(jī)上已廣泛開展研究的催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室的概念，對(duì)用于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的催化-預(yù)混分級(jí)燃燒室進(jìn)行研究。開展基于催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)探尋航空發(fā)動(dòng)機(jī)在持續(xù)工作狀態(tài)、不同負(fù)荷狀態(tài)及發(fā)動(dòng)機(jī)停車再啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)催化燃燒室的反應(yīng)性能，結(jié)合基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的催化燃燒室老化性能模型，闡明催化燃燒室應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的可靠性。這些技術(shù)一旦突破，將給未來低排放燃燒室的研發(fā)帶來極大收益。

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(責(zé)任編輯：宋麗萍 英文審校：劉敬鈺)

Development of catalytic combustion technology for aero engine

LIU Ai-guo1,CHEN Bao-dong1,WANG Cheng-jun1,ZENG Wen1,LI Ming2

(1.Faculty of Aerospace Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China；2.Comprehensive office,North United Publishing & Media (Group) Co.Ltd,Shenyang 110003,China)

The development of the catalytic combustion technology for aero engine has been introduced aimed at the pollutant emission status.The pollutant emission control method of catalytic combustion was expounded based on the pollutant formation mechanism and control principle.The current situation of the catalytic combustion technology development has been reviewed,and the feasibility of the application of catalytic combustion technology to civil aviation engine has been analyzed.Tests on staged combustors using catalytic combustion technology have been carried out at atmospheric and pressurized cases,whose emissions reached the ultra low emission levels,proving the development potential of catalytic combustion chamber.To realize the application of catalytic combustion technology to civil aviation engine,tests on a variety of operating conditions on the ground test bench are needed,and a mathematical model that can predict the performance of catalysts established.The in-depth research on the mixture,flow,combustion and the interaction between them should be conducted,and a numerical model based on the prediction of the catalyst aging should be built.

aero engine;pollutant emission;staged combustor;catalytic combustion

2014-12-22

國家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：51476106)；航空科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)：2014ZB54009)

劉愛虢(1979-)，男，遼寧義縣人，講師，主要研究方向：先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)及低排放燃燒技術(shù)研究，E-mail:agliu@sau.edu.cn。

2095-1248(2015)04-0006-08

V231.2

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2015.04.002