弯曲通道模拟离心条件下的主燃级和预燃级联焰试验

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1、航空学报ActaAerOnautIcaetAstrOnautlcaSinicaFeb．252015VoI．36NO．2484．491lSSN1QOQ一6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb《萤buaa．edu．cnDoI：lO．7527／S1000一6893．2014．0136弯曲通道模拟离心条件下的主燃级和预燃级联焰试验李林，林宇震*，张弛北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力科技重点实验室，北京100191摘要：冲压转子发动机是冲压发动机和燃气涡轮发动机的有机结合，其结构简单。冲压转子发动机燃烧室由于其内部受到强离心力场的

2、作用，燃烧室火焰的稳定燃烧以及传播都会受其影响。为了得到离心力场对分级燃烧中两级联焰的影响规律，本文进行了试验研究工作。针对燃烧室在强离心条件下的燃烧特点，采用弯曲通道模拟气流的离心效应。在弯曲试验段上对预燃级和主燃级进行了联焰研究，试验在常温常压条件下进行，进口气流速度范围为10～70m／s。试验中考察了离心力、燃油分级比例以及主燃级燃油喷射初始角度对联焰的影响，试验结果初步验证了燃烧方案的可行性，为冲压转子发动机燃烧室的研究奠定了基础。关键词：离心力；联焰；燃烧室；点火；熄火中图分类号：V231．2文献标识码：A文章编号：looO一6893(2015)02一0484一08冲压转子

3、发动机是由美国Ramgen公司以冲压发动机原理为基础提出的一种集冲压发动机技术和燃气涡轮发动机技术为一体的新概念发动机，利用高速转子轮缘上的冲压模块产生的一系列激波压缩气流，既摒弃了常规燃气轮机中繁杂的压气机叶片，又具有地面低速启动能力，应用前景非常广阔[1。1⋯。在冲压转子发动机的燃烧室内气流有很大的切向动量，大的切向动量又带来了强离心效应。冲压转子发动机转子上的燃烧室，由于其内部受到强离心力场的作用，燃烧室火焰的稳定燃烧以及传播都会受其影响，高离心加速度下火焰传播主要依靠浮升力效应产生的“焰泡”迁移增大其传播速度[11‘14]。冲压转子发动机旋转产生的离心加速度衍生的浮升力会使得

4、高温火焰向与离心加速度相反的方向漂移；而对于液雾燃烧来讲，离心效应对液滴的轨迹及蒸发也会带来影响，较气态燃料的燃烧更为复杂，离心条件下燃油颗粒的运动、蒸发跟常规条件下有很大不同‘15

5、。针对燃烧室在强离心条件下的燃烧特点，利用弯曲通道中气流拐弯时产生的离心效应模拟燃烧室中的离心条件，对高位后台阶预燃级+低位主燃级的燃烧方案进行联焰研究。前期的工作对不同形式的预燃级在离心条件下的稳火特性进行了试验研究，确定了预燃级方案m删。试验中采用弯曲通道模拟离心效应，针对离心条件下主燃级和后台阶预燃级联焰进行了初步的试验研究，考察离心条件下不同参数对主燃级和预燃级联焰的影响，为该燃烧方案在旋转燃烧

6、室上的应用奠定基础。收稿日期：2013—12-25；退修日期：2014-01·17；录用日期：2014—07—04；网络出版时间：2014—09．2610：16网络出版地址：wwwcnki．net／kcms／deta¨／10．7527／S1000．689320140136．htmI*通讯作者TeJ：010-82316847E—mail：Iinyuzhen@buaa．edu．cn号

7、角格式lLiL，LinYz·Zhangc．Ex。efimenloffIamecrossoverbetWeenma’nstageand口

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10、urvedduct￡J]．ActaAe∞nauticaetAsnonauticas{niGa．2015．36(2)：484-491÷李袜．林宇震．张弛÷弯莹通道模拟离心条件下的i燃级和预燃级联焰试验!Jj．航空学报。2015．36(2)：484．491．李林等：弯曲通道模拟离心条件下的主燃级和预燃级联焰试验1试验系统1．1试验系统和试验件整个试验系统包括气路、油路、弯管试验段、排气段以及测量记录设备。气路采用的是低压气H源。油路为单油路，采用油罐和高压气瓶组合的挤压式供油。试验部分为弯管段试验段，试验件为可调式后台阶火焰稳定器。采用的测试设备主要有油压表以及水排差压计，观察记录设备为

11、摄像机，试验系统如图1所示。试验中弯管试验段采用一个矩形截面的弯曲gn⋯onbLI【to”图1试验系统示意图Fig．1Schematicdiagramoftestfac．1ity通道模拟离心效应，矩形截面通道的宽度和高度尺寸为54mm×63mm，弯管的外半径为190mm，内半径为127mm。总体上来看结构分为直射式主燃级、后台阶离心喷嘴的预燃级、隔热套、水冷套、采样杆、点火器支座以及排气管。弯曲通道两侧均开置有观测窗，并安装了透明耐高温的石英玻璃便于观测，