工程熱物理所發(fā)動機燃燒室測量技術(shù)研究取得進展

　　液體燃料的霧化和蒸發(fā)對于航空發(fā)動機燃燒室研制是一個至關(guān)重要的過程，而霧化又是蒸發(fā)的基礎(chǔ)。未來先進航空發(fā)動機燃燒室的發(fā)展趨勢，對于軍機是高溫升乃至超高溫升燃燒，對于民機是低污染燃燒，這都對燃燒室內(nèi)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)和要求。其中影響燃燒性能的最為關(guān)鍵的因素之一是燃油霧化過程，其對地面起動點火、高空再點火、燃燒穩(wěn)定性、污染物排放和出口溫度分布等燃燒室關(guān)鍵性能有決定性的影響。

　　當(dāng)前，國產(chǎn)商用大飛機和下一代軍用航空發(fā)動機對組合式空氣噴嘴提出了需求，而國內(nèi)缺少模擬發(fā)動機燃燒室內(nèi)高壓高溫環(huán)境的霧化實驗臺，中國科學(xué)院工程熱物理研究所擁有國內(nèi)唯一的霧化特性平面激光測量平臺，但只在常溫常壓燃燒室內(nèi)開展了大量研究，急需提高霧化特性平面激光成像測試技術(shù)在發(fā)動機燃燒室內(nèi)的應(yīng)用水平，以用于先進分級/分區(qū)組合式空氣霧化噴嘴的霧化機理研究和應(yīng)用研發(fā)。

　　基于先進航空發(fā)動機新型燃燒技術(shù)的研制需求及霧化研究存在的問題，工程熱物理所輕型動力中心利用廊坊研發(fā)中心的硬件實驗條件，設(shè)計能模擬發(fā)動機燃燒室中高壓高溫霧化環(huán)境且能進行光學(xué)測量的燃燒室實驗件，為開展燃油噴嘴高溫高壓霧化特性研究提供測試環(huán)境；然后通過提升常溫常壓霧化特性平面激光測量系數(shù)的硬件水平，根據(jù)高溫高壓霧化特性的測量特點和難點，設(shè)計適用于高溫高壓燃燒室內(nèi)燃油空間分布測量、粒徑測量及標(biāo)定的實驗方案和圖像后處理方案；基于這兩方面的工作，提高霧化特性平面激光測量技術(shù)在發(fā)動機燃燒室內(nèi)的應(yīng)用水平。

　　目前，研究人員已經(jīng)完成霧化特性平面激光成像測量系統(tǒng)的方案設(shè)計和論證、實驗室配套裝置的改造、高溫高壓光學(xué)可視燃燒室實驗件的設(shè)計、加工、安裝和調(diào)試，達到了實驗狀態(tài)參數(shù)的設(shè)計目標(biāo)。在高溫高壓霧化特性光學(xué)測量方面，已經(jīng)實現(xiàn)了真實燃燒室內(nèi)高溫高壓實驗條件下的流場和燃油空間分布測量，得到了壓力和溫度對LIF信號強度的影響規(guī)律，正在開展高溫高壓環(huán)境下的二維粒徑測量方法研究。部分研究成果已經(jīng)在國際會議ASME 2016 Turbo Expo上發(fā)表。

圖1 高溫高壓霧化特性光學(xué)診斷實驗平臺

圖2 分層部分預(yù)混新型燃燒室流場結(jié)構(gòu)

圖3 壓力對LIF燃油空間分布的影響規(guī)律