趙傳亮，郭 舒

（中國(guó)航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽110015）

0 引言

隨著飛機(jī)對(duì)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的要求越來越高，對(duì)于主燃燒室的溫升能力要求也相應(yīng)提高。與現(xiàn)有常規(guī)溫升主燃燒室相比，高推比軍機(jī)燃燒室的溫升預(yù)計(jì)將達(dá)1100～1200 K 以上，燃燒室的總油氣比也將有大幅度提高。而隨著燃燒室油氣比的提高，需要在主燃區(qū)加入大量空氣參與燃燒，導(dǎo)致在地面慢車狀態(tài)下貧油熄火性能變差。對(duì)于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室而言，為了降低污染物的排放，可以在火焰筒頭部加入大量空氣以降低火焰溫度，從而抑制NOx污染物的生成，也會(huì)導(dǎo)致在地面慢車狀態(tài)下貧油熄火性能變差。分級(jí)燃燒技術(shù)可以有效解決上述軍民機(jī)燃燒室面臨的熄火性能變差的問題。

本文概述了分級(jí)燃燒技術(shù)的發(fā)展、同心分級(jí)燃燒室技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)同心分級(jí)燃燒室關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 分級(jí)燃燒技術(shù)的發(fā)展

與常規(guī)燃燒不同，分級(jí)燃燒的燃油或空氣從不同位置進(jìn)入燃燒室，在火焰筒內(nèi)形成局部富油區(qū)，以提供足夠的穩(wěn)定邊界。

采用常規(guī)燃燒組織方式的CF6-50 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室[1]如圖1 所示。從圖中可見，其空氣與燃油均從同一頭部位置進(jìn)入燃燒室。而分級(jí)燃燒室與常規(guī)燃燒室的主要區(qū)別在于：分級(jí)燃燒室在不同工作狀態(tài)下，燃油或空氣在火焰筒內(nèi)不同區(qū)域的分配比例是變化的。

圖1 CF6-50 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室[1]

分級(jí)燃燒按分級(jí)方式又可以分為空氣分級(jí)、燃油分級(jí)以及空氣與燃油同時(shí)分級(jí)。

1.1 空氣分級(jí)

空氣分級(jí)主要采用變幾何方式實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)火焰筒不同位置的開孔面積實(shí)現(xiàn)不同工況下火焰筒頭部空氣流量分配的變化?？梢酝ㄟ^在火焰筒導(dǎo)流罩、旋流器、壁面大孔以及組合來實(shí)現(xiàn)火焰筒物理開孔面積的變化。從燃燒性能角度來說，由于采用變幾何旋流器可以在低溫升條件下提供低的主燃區(qū)空氣流量、在高溫升條件下提供高的主燃區(qū)空氣流量，是1 種非常好的變幾何方案。這種方案可以直接對(duì)影響主燃燒室性能最大的主燃區(qū)空氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來說，對(duì)旋流器進(jìn)行變幾何控制比其他方案更難實(shí)現(xiàn)。但是幾乎所有的變幾何方案都涉及到復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，從機(jī)械設(shè)計(jì)角度考慮并不受歡迎。

GE 公司在NASA 的寬餾分燃油燃燒技術(shù)項(xiàng)目Broad Specificaction Fuels Combustion Technology Program，BSFCTP）[2]支持下，在CF6-80 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上改裝的可調(diào)旋流器燃燒室如圖2 所示。旋流器的幾何面積通過調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)2 級(jí)旋流器葉片與固定2 級(jí)旋流器葉片之間的通道面積來實(shí)現(xiàn)[2]，如圖3 所示。可旋轉(zhuǎn)2 級(jí)旋流器葉片裝配于文氏管上，由協(xié)調(diào)環(huán)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)旋流器上都有1 個(gè)驅(qū)動(dòng)銷連接于協(xié)調(diào)環(huán)上，協(xié)調(diào)環(huán)由轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿與杠桿連接驅(qū)動(dòng)。在小功率狀態(tài)下，2 級(jí)旋流器關(guān)閉，可以為主燃區(qū)提供低的流速與相對(duì)富油的工作狀態(tài)，以保持工作穩(wěn)定性與燃燒效率；在大功率狀態(tài)下，2 級(jí)旋流器打開，可以為主燃區(qū)提供貧油或適合的工作條件，有效降低污染物的排放與冒煙量。但由于在低溫升條件下，2 級(jí)旋流器關(guān)閉，使整個(gè)燃燒室的流通面積減小，導(dǎo)致整個(gè)燃燒室的損失增加。

圖2 空氣分級(jí)燃燒室[2]

圖3 可變幾何旋流器[2]

1.2 燃油分級(jí)

燃油分級(jí)是工程上應(yīng)用最多的分級(jí)技術(shù)。在CFM56-2 發(fā)動(dòng)機(jī)上即采用在小狀態(tài)下分區(qū)供油技術(shù)，以降低UHC 與CO 的排放量，提高燃燒效率，并改善燃燒室的貧油熄火邊界。其分區(qū)供油方案如圖4所示。從圖中可見，在小功率狀態(tài)下，上面5 個(gè)噴嘴是不供油的，燃油從下面15 個(gè)噴嘴進(jìn)入火焰筒。這樣，在保持整個(gè)燃燒室供油流量不變的情況下，其余15個(gè)火焰筒頭部的油氣比相應(yīng)變大，改善了整個(gè)燃燒室的貧油熄火邊界。

圖4 燃油分級(jí)

GE 公司在CF6-50 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上開展了分級(jí)供油與燃燒室貧油熄火特性關(guān)系研究[2]，如圖5 所示。從圖中可見，采用分級(jí)供油后，燃燒室貧油熄火油氣比R明顯減小。

圖5 CF6-50 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的分級(jí)供油

燃油分級(jí)燃燒室的主要缺點(diǎn)是對(duì)燃燒區(qū)邊緣化學(xué)反應(yīng)的淬熄，會(huì)增加UHC 與CO 的排放，從而降低燃燒效率。此外，由于燃油的間隔性供入造成周向出口溫度分布不均勻，也會(huì)降低渦輪效率[1]。

1.3 燃油與空氣同時(shí)分級(jí)

燃油與空氣同時(shí)分級(jí)的燃燒組織方式也已經(jīng)得到工程應(yīng)用。常用的結(jié)構(gòu)形式有徑向、軸向與同心分級(jí)3 種。

1.3.1 徑向分級(jí)

采用徑向分級(jí)燃燒組織方式的雙環(huán)腔燃燒室[1]如圖6 所示。其主要特點(diǎn)是在小功率下只有外環(huán)腔（值班級(jí)）供油，在大功率下內(nèi)外環(huán)腔同時(shí)供油。其中，外環(huán)腔按照燃燒室低狀態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證在慢車工況下的綜合性能。在大功率條件下，燃燒室的燃油多供入內(nèi)環(huán)腔進(jìn)行燃燒，由于進(jìn)入內(nèi)環(huán)腔的空氣流量比例很大，設(shè)計(jì)時(shí)有意將主燃區(qū)容積減小，一方面保證燃油與空氣混合均勻，另一方面縮短火焰的停留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)低NOx和冒煙排放。

圖6 雙環(huán)腔燃燒室[1]

徑向分級(jí)燃燒室也有許多缺點(diǎn)：（1）噴嘴數(shù)量較常規(guī)燃燒室增加很多，會(huì)增加成本；（2）火焰筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)存在2 個(gè)環(huán)腔，需要的冷卻面積大，使可用于摻混的空氣量大大減少，造成出口溫度分布變差；（3）2 個(gè)區(qū)中間的位置很容易受兩側(cè)高溫而燒蝕；（4）燃燒室出口徑向溫度分布曲線會(huì)隨著燃料的分級(jí)而變化，對(duì)高壓渦輪工作葉片存在不利的影響[1]。

1.3.2 軸向分級(jí)

RR 公司的軸向分級(jí)燃燒室專利[3]如圖7 所示。該燃燒室除了與徑向分級(jí)燃燒室一樣可以降低污染物的排放，改善穩(wěn)定工作范圍外，由于其主燃級(jí)位于值班級(jí)下游，通過值班級(jí)引燃主燃級(jí)既快速又可靠，并且，來自值班級(jí)的高溫氣流進(jìn)入主燃級(jí)可有效保持在低工作狀態(tài)下主燃級(jí)的燃燒效率。另外，值班級(jí)位于內(nèi)環(huán)腔，可有效防止在暴雨條件下，壓氣機(jī)將水分離至二股氣流的外環(huán)腔而引起的燃燒室熄火。

圖7 軸向分級(jí)燃燒室[3]

軸向分級(jí)燃燒室的主要缺點(diǎn)是軸向布置增加了燃燒室額外的長(zhǎng)度；2 級(jí)噴嘴的分開布置會(huì)削弱機(jī)匣結(jié)構(gòu)剛性。

1.3.3 同心分級(jí)

同心分級(jí)是指值班級(jí)與主燃級(jí)的燃油與空氣以同心圓形式分布的燃燒組織方式。值班級(jí)位于正中心，起到點(diǎn)燃與在發(fā)動(dòng)機(jī)小功率狀態(tài)下穩(wěn)定火焰的作用。主燃級(jí)環(huán)繞于值班級(jí)外側(cè)，油氣混合物與值班級(jí)的油氣混合物以同心圓形式分布，主要在慢車以上狀態(tài)下使用。典型的同心分級(jí)方案[4]如圖8 所示。

圖8 燃燒室同心分級(jí)油氣混合裝置[4]

同心分級(jí)燃燒組織技術(shù)是目前在役的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中應(yīng)用的最為先進(jìn)的分級(jí)燃燒技術(shù)。下文重點(diǎn)論述該技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)。

2 同心分級(jí)燃燒組織技術(shù)國(guó)外研究現(xiàn)狀

美國(guó)GE 公司已經(jīng)投入使用的GEnx 與LeapX 發(fā)動(dòng)機(jī)上均采用基于TAPS（雙旋預(yù)混）技術(shù)的同心分級(jí)燃燒室，并申請(qǐng)了大量專利[5-8]，其中1 個(gè)專利原理如圖9 所示。GE 公司采用該技術(shù)主要從降低污染物排放角度考慮，為了降低排放，取消了傳統(tǒng)燃燒室火焰筒內(nèi)、外壁面的主燃孔和摻混孔，使大量空氣從火焰筒頭部進(jìn)入，以降低主燃區(qū)的火焰溫度，成功實(shí)現(xiàn)NOx 排放比CAEP/6 的降低50%以上。目前，TAPS 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第III 代。另外，GE 公司正在與NASA 合作，以同心分級(jí)技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)能在更高油氣比下穩(wěn)定工作的先進(jìn)高溫升燃燒室。

俄羅斯的同心分級(jí)燃燒室方案如圖10 所示。采用數(shù)值模擬分析了旋流角等關(guān)鍵幾何參數(shù)對(duì)氣流結(jié)構(gòu)的影響，并用冷態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了CFD 仿真方法和結(jié)果。

圖9 GE 公司的TAPS專利[5]

圖10 俄羅斯研究的同心分級(jí)方案

日本某公司的同心分級(jí)火焰筒頭部方案如圖11所示。采用高速OH-PLIF 技術(shù)對(duì)燃燒場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)同心分級(jí)燃燒室熱聲振蕩機(jī)理進(jìn)行了研究，得出主燃級(jí)燃油熱釋放與旋流流動(dòng)的耦合作用導(dǎo)致燃燒室內(nèi)出現(xiàn)高頻振蕩的結(jié)論。

圖11 日本的同心分級(jí)方案[9]

從以上不同國(guó)家的同心分級(jí)燃燒組織方案可見，同心分級(jí)燃燒組織方式在結(jié)構(gòu)上均采用多級(jí)旋流裝置進(jìn)行燃油霧化與火焰穩(wěn)定，不同旋流器的空氣形成同心圓結(jié)構(gòu)，并且主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)燃油均從2 個(gè)不同位置噴入燃燒室。

國(guó)外在同心分級(jí)燃燒領(lǐng)域開展了大量的預(yù)研及工程應(yīng)用研究，取得了豐碩的研究成果，并且已經(jīng)應(yīng)用于產(chǎn)品燃燒室中。同心分級(jí)是1 項(xiàng)有著廣闊應(yīng)用前景的燃燒組織技術(shù)。

3 同心分級(jí)燃燒組織技術(shù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

顏應(yīng)文等[10-11]的同心分級(jí)燃燒室方案如圖12 所示，對(duì)該方案進(jìn)行了流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算（如圖13 所示）[10]與PIV 試驗(yàn)研究，獲得了值班級(jí)角度與回流區(qū)大小的關(guān)系，并對(duì)如圖14 所示的2 種單頭部同心分級(jí)燃燒室進(jìn)行了熱態(tài)試驗(yàn)研究，獲得了值班級(jí)噴嘴安裝位置、燃燒室進(jìn)口參數(shù)等對(duì)污染物排放、燃燒效率、出口溫度分布等的影響規(guī)律。

圖12 同心分級(jí)燃燒室試驗(yàn)件頭部[10]

圖13 同心分級(jí)燃燒室內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬[10]

圖14 同心分級(jí)燃燒室試驗(yàn)件頭部方案[11]

林宇震等[12-14]對(duì)同心分級(jí)低排放燃燒技術(shù)開展了大量研究，申請(qǐng)了很多專利，并將其技術(shù)特征命名為攪拌旋流低排放技術(shù)（Technology of Low Emission of Stirred Swirl，TeLESS）。秦皓等[15]開展的同心分級(jí)旋流結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征試驗(yàn)表明：預(yù)燃級(jí)旋流區(qū)域存在周期性流動(dòng)結(jié)構(gòu)，而主燃級(jí)出口區(qū)域沒有周期性流動(dòng)結(jié)構(gòu)；當(dāng)外界激勵(lì)的頻率與流動(dòng)固有頻率耦合時(shí)，會(huì)引起預(yù)燃級(jí)流場(chǎng)畸變，并導(dǎo)致周期性流動(dòng)的流速振蕩幅值急劇增大，在試驗(yàn)件（如圖15 所示）[16]上開展工況壓力對(duì)分層火焰系統(tǒng)中壓力振蕩的影響研究表明：當(dāng)進(jìn)口壓力從2.6 MPa 降低至1.4 MPa時(shí)，壓力振蕩頻率規(guī)律性地減小約4%；而相對(duì)振蕩幅值保持在0.2～0.3 MPa 時(shí)，沒有明顯規(guī)律。

圖15 TeLESS 同心分級(jí)燃燒室方案[16]

鄒博文等[17]開展了同心分級(jí)燃燒室耦合回流區(qū)貧油熄火機(jī)理研究，其采用的火焰筒頭部結(jié)構(gòu)方案如圖16 所示。通過研究可知，與常規(guī)燃燒室的貧油熄火機(jī)理不同，同心分級(jí)燃燒室的貧油熄火油氣比是由預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)共同形成的耦合回流區(qū)所決定的。

高賢智等[19]開展了油氣比為0.045 的超高溫升同心分級(jí)燃燒室數(shù)值模擬，所采用的同心分級(jí)方案如圖17 所示。從圖中可見，其實(shí)質(zhì)為3 級(jí)旋流器進(jìn)氣的同心分級(jí)結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值模擬得出了同心分級(jí)燃燒室比常規(guī)雙旋流燃燒室損失更低、效率更高、排放更低、溫度場(chǎng)更好的結(jié)論。

圖16 同心分級(jí)燃燒室試驗(yàn)件頭部方案[17]

圖17 同心分級(jí)燃燒室試驗(yàn)件頭部方案[20]

常峰等[19]開展的同心分級(jí)結(jié)構(gòu)在高溫升燃燒室上應(yīng)用的數(shù)值模擬研究采用的頭部油氣混合裝置為2 級(jí)旋流器結(jié)構(gòu)，值班級(jí)與主燃級(jí)燃油和空氣分別從2 個(gè)位置進(jìn)入燃燒室，如圖18 所示。通過數(shù)值模擬可知，雙旋流同心分級(jí)燃燒室在速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)上都表現(xiàn)出明顯的分區(qū)流動(dòng)和分區(qū)燃燒特性，可有效保證高溫升燃燒室的高空點(diǎn)火特性和地面慢車穩(wěn)定性，并可防止在大工況下出現(xiàn)冒煙情況。

圖18 雙級(jí)旋流同心分級(jí)燃燒室試驗(yàn)件[19]

鄧遠(yuǎn)灝等[20]開展的同心分級(jí)貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒室的排放試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)件如圖19 所示。通過試驗(yàn)證明了該種燃燒組織方式在降低污染物排放方面的應(yīng)用潛力。

陳浩等[21]開展了基于同心分級(jí)技術(shù)的高溫升燃燒室油氣摻混特性計(jì)算分析，采用的同心分級(jí)燃燒室結(jié)構(gòu)如圖20 所示。通過計(jì)算分析，明確了主燃級(jí)內(nèi)級(jí)與預(yù)燃級(jí)外級(jí)旋向以及主燃級(jí)燃油噴點(diǎn)徑向高度變化對(duì)燃燒室性能的影響。

圖19 同心分級(jí)貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)試驗(yàn)件[20]

圖20 同心分級(jí)試驗(yàn)件[21]

劉存喜等[22]開展了同心分級(jí)燃燒室主燃級(jí)旋流角度對(duì)燃燒與噴霧性能的影響研究，采用的同心分級(jí)燃燒室結(jié)構(gòu)如圖21 所示，通過采用PLIF、PIV、數(shù)值模擬等手段，對(duì)主燃級(jí)旋流角度與燃燒室內(nèi)流場(chǎng)、噴霧性能和燃燒性能的影響開展研究，得出了主燃級(jí)旋流角度增加有利于改善燃燒室貧油熄火性能的結(jié)論。

圖21 同心分級(jí)試驗(yàn)件[22]

目前，國(guó)內(nèi)各高校和研究機(jī)構(gòu)發(fā)展出了多種結(jié)構(gòu)形式的同心分級(jí)燃燒室頭部方案，共同點(diǎn)是均采用多級(jí)旋流裝置以實(shí)現(xiàn)“同心”功能，不同點(diǎn)是有的采用多級(jí)軸向進(jìn)氣旋流裝置進(jìn)行組合，有的采用軸向與徑向進(jìn)氣旋流裝置相組合的結(jié)構(gòu)形式。無論結(jié)構(gòu)形式如何變化，其燃燒機(jī)理是一致的，均利用中間的旋流裝置實(shí)現(xiàn)火焰穩(wěn)定，通過外面的旋流裝置實(shí)現(xiàn)高溫升或低排放燃燒功能。各種結(jié)構(gòu)形式的分級(jí)燃燒室匹配參數(shù)眾多，很難說哪種結(jié)構(gòu)形式最好。雖然國(guó)內(nèi)開展的研究較多，但技術(shù)成熟度相比國(guó)外還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，真正實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的屈指可數(shù)。

4 同心分級(jí)燃燒技術(shù)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外已有研究可知，同心分級(jí)燃燒室最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是在保證足夠的貧油熄火邊界和點(diǎn)火邊界以及CO 和UHC 污染物排放滿足要求的條件下，大幅度降低全工況范圍內(nèi)NOx的排放量。

文獻(xiàn)[25]中試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用同心分級(jí)技術(shù)的燃燒室其CO 和UHC 排放量要高于其他燃燒室的，但由于GEnx 和Leap 系列發(fā)動(dòng)機(jī)均通過了嚴(yán)格的適航認(rèn)證，其CO、UHC 以及碳煙的排放量均應(yīng)滿足認(rèn)證要求。同時(shí)，1000 余臺(tái)Leap-1A 和Leap-1B 發(fā)動(dòng)機(jī)的商業(yè)運(yùn)行也足以證明其具有足夠的穩(wěn)定邊界。

不同燃燒室NOx排放量對(duì)比[23]如圖22 所示。從圖中可見，在起飛狀態(tài)下，采用同心分級(jí)結(jié)構(gòu)的AST TAPS_SM 燃燒室（圖中藍(lán)色）的NOx排放量比GE90發(fā)動(dòng)機(jī)雙環(huán)腔燃燒室（圖中粉色）的降低了54%。這是1 個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)，是同心分級(jí)燃燒組織技術(shù)最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

圖22 不同燃燒室NOx排放量對(duì)比[23]

5 同心分級(jí)燃燒室關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)同心分級(jí)燃燒組織技術(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)出同心分級(jí)燃燒室的關(guān)鍵技術(shù)。

5.1 油氣匹配技術(shù)

同心分級(jí)燃燒組織技術(shù)在高溫升和低排放燃燒室中應(yīng)用時(shí)，其油氣比差別很大，需要根據(jù)燃燒室的需求進(jìn)行油氣匹配設(shè)計(jì)。一般而言，在慢車狀態(tài)以下，為了保證燃燒室的穩(wěn)定工作和燃燒效率，需要保證燃燒區(qū)有足夠高的油氣比，只在值班級(jí)進(jìn)行供油。而在大狀態(tài)下，對(duì)于低排放燃燒室而言，需要保證主燃級(jí)和值班級(jí)的當(dāng)量比不大于0.8，以保證足夠低的NOx排放量，但在當(dāng)量比低到一定程度時(shí)，又易出現(xiàn)震蕩燃燒問題，所以需要在燃燒穩(wěn)定工作與NOx排放之間進(jìn)行權(quán)衡。另外，對(duì)于低排放燃燒室而言，油氣混合得越均勻，燃燒區(qū)中的高溫點(diǎn)越少，越有利于降低NOx的排放，但均勻的預(yù)混同樣存在震蕩燃燒風(fēng)險(xiǎn)。軍機(jī)燃燒室在工作時(shí)油氣比變化較大，需要更大的穩(wěn)定工作范圍，不適合采用預(yù)混燃燒組織技術(shù)。另外，雖然目前軍機(jī)燃燒室沒有NOx排放的限制，但由于NO 和NO2均是有毒氣體，而且NO2是可見的棕紅色氣體，隨著對(duì)于先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的隱身要求和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在設(shè)計(jì)軍機(jī)燃燒室時(shí)還是需要考慮NOx 的排放控制問題。同樣，為了保證軍機(jī)燃燒室工作的穩(wěn)定性，較少采用貧油燃燒，多數(shù)燃燒室主燃區(qū)在起飛狀態(tài)下均是偏富油設(shè)計(jì)，如果油氣匹配不好，即使采用了分級(jí)燃燒，也會(huì)發(fā)生排氣出現(xiàn)可見煙問題，無論是從發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外隱身還是從環(huán)保角度考慮，都是不允許的，GJB 241A-2010[24]中的第3.8.8.1 節(jié)中對(duì)此有明確規(guī)定。

5.2 燃油噴嘴熱防護(hù)技術(shù)

同心分級(jí)燃燒組織方式的燃油與空氣分別從不同位置供入燃燒室，從結(jié)構(gòu)角度考慮，必須將燃油在噴嘴內(nèi)分成2 個(gè)獨(dú)立油路；同時(shí)，由于這2 個(gè)油路距離較遠(yuǎn)，采用常規(guī)設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)副油路對(duì)于主油路的冷卻。在慢車狀態(tài)下，燃油流量較低，只有副油路工作，而主油路內(nèi)部殘余的燃油會(huì)在燃燒室進(jìn)口空氣的加熱下逐漸析出焦質(zhì)，存在將主油路堵死的風(fēng)險(xiǎn)，影響燃燒室的正常工作。因此，如果采用同心分級(jí)燃燒組織方式，必須解決燃油噴嘴的熱防護(hù)問題。

5.3 燃燒室出口溫度場(chǎng)控制技術(shù)

采用同心分級(jí)技術(shù)的燃燒室要么是高溫升要么是低排放，都需要在火焰筒頭部增加空氣流量，一般情況下是沒有主燃孔的，而留給摻混的空氣也非常少，在很多情況下則完全取消了摻混孔，從而大大增加了燃燒室溫度場(chǎng)的調(diào)控難度。需要在設(shè)計(jì)之初，足夠關(guān)注溫度場(chǎng)的控制問題。

5.4 燃油控制技術(shù)

采用同心分級(jí)燃燒組織方式的燃燒室要求對(duì)噴嘴的2 路供油進(jìn)行精確控制，以便實(shí)現(xiàn)最佳油氣匹配。一般在慢車以下狀態(tài)下，只有副油路（值班級(jí)）供油，在慢車以上狀態(tài)下，主、副油路同時(shí)供油。主油路多為直射式噴嘴，噴口數(shù)量多，需要達(dá)到一定的壓差才能形成良好的霧化，因此，為了保持良好的燃燒效率，必須在主燃級(jí)噴入足夠的燃油。而為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)在主油供入瞬間的推力平穩(wěn)，在主燃級(jí)供入大量燃油的同時(shí)，需要相應(yīng)減少值班級(jí)的燃油供入量，這種燃油控制模式目前在國(guó)內(nèi)尚沒有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，需要開展深入的研究工作。

6 結(jié)束語

分級(jí)燃燒技術(shù)可以有效解決先進(jìn)高溫升及低排放航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室在地面慢車狀態(tài)下貧油熄火性能變差的問題，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。而同心分級(jí)燃燒技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)異的特點(diǎn)，更是近些年來燃燒技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。在研究過程中需要對(duì)油氣匹配技術(shù)、燃油噴嘴熱防護(hù)技術(shù)、燃燒室出口溫度場(chǎng)控制技術(shù)和燃油系統(tǒng)供油控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。