3燃烧室-加力燃烧室
- 格式:ppt
- 大小:2.43 MB
- 文档页数:3
航空发动机试验测试技术航空发动机是当代最精密的机械产品之一,由于航空发动机涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科,一台发动机内有十几个部件和系统以及数以万计的零件,其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机其它分系统复杂和苛刻,而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很高的要求,因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。
在有良好技术储备的基础上,研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时的部件及系统试验,需要庞大而精密的试验设备。
试验测试技术是发展先进航空发动机的关键技术之一,试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据,也是评价发动机部件和整机性能的重要判定条件。
因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。
从航空发动机各组成部分的试验来分类,可分为部件试验和全台发动机的整机试验,一般也将全台发动机的试验称为试车。
部件试验主要有:进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。
整机试验有:整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。
下面详细介绍几种试验。
1进气道试验研究飞行器进气道性能的风洞试验。
一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验,主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。
然后还需在较大的风洞上进行l/6或l/5的缩尺模型试验,以便验证进气道全部设计要求。
进气道与发动机是共同工作的,在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配,相容性要好。
实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验。
2,压气机试验对压气机性能进行的试验。
压气机性能试验主要是在不同的转速下,测取压气机特性参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等),以便验证设计、计算是否正确、合理,找出不足之处,便于修改、完善设计。
压气机试验可分为:(1)压气机模型试验:用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件,在压气机试验台上按任务要求进行的试验。
第4章燃烧室、加力燃烧室和尾喷管Burner and Nozzle第4.1节燃烧的基本知识Basic Knowledge of Burn在空气流中连续不断的喷入燃油,形成火焰,稳定燃烧,必须满足以下两个条件:一、油气比在一定的范围内才能进行燃烧目前航空燃气轮机一般都使用航空煤油作为燃料。
航空煤油在燃烧前由喷咀在高压下将煤油喷成雾状,在空气中蒸发,与空气混合。
煤油与空气的混合比例(油气比)是一个重要的参数。
对一定量的空气来说,喷入的燃油量在燃烧后正好将空气中的氧气完全用完称为理论所需燃油量,实际喷入燃油量与理论所需燃油量之比称为燃料系数用β表示。
对一定量的燃油来说,将燃油完全烧完所需的空气量称为理论所需空气量,实际空气量与理论所需空气量之比称为空气系数或称为余气系数,以α表示。
β<1或α>1表示喷入空气的燃油较少,燃烧后不足以将空气中的氧气燃烧完,这种情况称为贫油;β>1或α<1则表示喷入空气的燃油太多,将空气中的氧气烧完后还有剩余的燃油,这种情况称为富油。
在一定的贫油或富油的范围内(油气比范围内)才能进行燃烧,过于贫油或富油是无法进行燃烧化学反应的。
可以进行燃烧的油气比范围与油气混合后的混气压力和温度有极大的关系。
二、火焰周围气流速度必须低于火焰传播速度β=1的均匀混气在常温常压下火焰的传播速度远低于1m/s,在紊流的气流中,火焰传播速度有所提高,能达到每秒数米或十多米,这与气流的紊流度有很大的关系。
要使火焰能稳定燃烧,它周围的气流速度必须低于火焰传播速度。
第4.2节主燃烧室Burner主燃烧室是航空燃气轮机的主要部件之一,它介于压气机与涡轮之间,压气机出口的气流进入燃烧室,在其中喷入燃油进行燃烧,成为高温燃气进入涡轮。
然而,压气机出口的气流速度一般在150m/s左右,在这样高速的气流里是无法稳定火焰进行燃烧的。
此外,受涡轮材料耐热性的限制,燃烧室出口的燃气温度一般在1200~1700K范围内,相当于燃料系数β大约在0.25~0.4范围内。
航空发动机试验测试技术航空发动机是当代最精密的机械产品之一,由于航空发动机涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科,一台发动机内有十几个部件和系统以及数以万计的零件,其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机其它分系统复杂和苛刻,而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很高的要求,因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。
在有良好技术储备的基础上,研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时的部件及系统试验,需要庞大而精密的试验设备。
试验测试技术是发展先进航空发动机的关键技术之一,试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据,也是评价发动机部件和整机性能的重要判定条件。
因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。
从航空发动机各组成部分的试验来分类,可分为部件试验和全台发动机的整机试验,一般也将全台发动机的试验称为试车。
部件试验主要有:进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。
整机试验有:整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。
下面详细介绍几种试验。
1进气道试验研究飞行器进气道性能的风洞试验。
一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验,主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。
然后还需在较大的风洞上进行l/6或l/5的缩尺模型试验,以便验证进气道全部设计要求。
进气道与发动机是共同工作的,在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配,相容性要好。
实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验。
2,压气机试验对压气机性能进行的试验。
压气机性能试验主要是在不同的转速下,测取压气机特性参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等),以便验证设计、计算是否正确、合理,找出不足之处,便于修改、完善设计。
压气机试验可分为:(1)压气机模型试验:用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件,在压气机试验台上按任务要求进行的试验。
历史遗憾!1980年代中国没能引进四种外国发动机美国普惠公司研制的PW1120-发动机超7当初的设计考虑就是为了弥补歼7的不足,满足巴基斯坦对先进战斗机的需要。
为了适应这一需要,美英发动机生产商也拿出了各自的方案。
但对于“佩刀”Ⅱ及后来由歼7的机头进气改用两侧进气的超7来说,前文所述的涡喷7乙发动机推力已经不能满足要求。
事实上,当时中国另一种机头进气改两侧进气的战斗机歼8Ⅱ也已经更换了发动机,由涡喷7甲改为涡喷13A II。
但就其性能水平而言,涡喷13的推力还远远不能满足超7的需要,巴基斯坦显然也不会对其产生兴趣。
而80年代正是中国和西方关系最好的蜜月期,超7选用西方动力也成为中巴两国的不二选择。
1987年初,美国普拉特·惠特尼公司的国际项目主任斯蒂芬·哈金斯率团到北京参加座谈会,提出了三个方案供中巴选择:PW1120 这是一种连续放气式涡喷发动机,是F100涡扇发动机的改型。
普·惠公司当时研制PWll20,主要是考虑与F404和RB199发动机的推力增大型竞争下一代战斗机的动力,因此为了减小研制风险,选用了F100的核心机进行研制,两者有60%的部件可以通用。
以色列首先于1981年决定采用PW1120作为其新型“狮”(Lavi)单发战斗机的动力装置,取代曾考虑过的F404发动机(事实上,F404也是超7考虑的第二种动力)。
理由是PWll20的推力比F404大1800公斤,有利于提高“狮”的作战性能;另外考虑到通用性问题,以色列已经采购配装F100的F-15和F-16战斗机,所以选择PWll20作为“狮”的动力是最明智的决定。
除此以外,当时的F4战斗机也考虑后继型号选用PWll20。
F-4的标准动力装置是50年代研制的J79发动机,虽然其性能很好,而且配装了多种战斗机和攻击机,但确实已经老迈,无法满足20世纪末的空战需求。
PW1120恰恰能弥补J79在推力上的不足,满足F-4的增推需求。
涡轮喷气发动机(Turbojet)(简称涡喷发动机)是一种涡轮发动机。
特点是完全依赖燃气流产生推力。
通常用作高速飞机的动力。
油耗比涡轮风扇发动机高。
涡喷发动机分为离心式与轴流式两种,离心式由英国人弗兰克惠特尔爵士于1930年取得发明专利,但是直到1941年装有这种发动机的飞机才第一次上天,没有参加第二次世界大战,轴流式诞生在德国,并且作为第一种实用的喷气式战斗机Me-262的动力参加了1944年末的战斗。
相比起离心式涡喷发动机,轴流式具有横截面小,压缩比高的优点,但是需要较高品质的材料这在1945年左右是不存在的。
当今的涡喷发动机均为轴流式。
一个典型的轴流式涡轮喷气发动机图解(浅蓝色箭头为气流流向)图片注释:1 -吸入,2 -低压压缩,3 -高压压缩,4 -燃烧,5 -排气,6 -热区域,7 -涡轮机,8 -燃烧室,9 -冷区域,10 - 进气口目录一个典型的轴流式涡轮喷气发动机图解(浅蓝色箭头为气流流向)低压压缩,3 -高压压缩,4 -燃烧,5 -排气,6 -冷区域,10 - 进气口1.1进气道1.2压气机1.3燃烧室与涡轮1.4喷管及加力燃烧室2使用情况3基本参数结构图片注释:1 -吸入,2 -热区域,7 -涡轮机,8 -燃烧室,9 - 1结构离心式涡轮喷气发动机的原理示意图图片注释:顺时针依次为:离心叶轮(压缩机),轴,涡轮机,喷嘴,燃烧室轴流式涡轮喷气发动机的原理示意图图片注释:顺时针依次为:压缩机,涡轮机,喷嘴,轴,燃烧室进气道轴流式涡喷发动机的主要结构如图,空气首先进入进气道,因为飞机飞行的状态是变化的,进气道需要保证空气最后能顺利的进入下一结构:压气机(compressor )。
进气道的主要作用就是将空气在进入压气机之前调整到发动机能正常运转的状态。
在超音速飞行时,机头与进气道口都会产生激波(shockwave ),空气经过激波压力会升高,因此进气道能起一定的预压缩作用,但是激波位置不适当将造成局部压力的不均匀,甚至有可能损坏压气机。
第一章 绪论1、燃烧有哪几类分类方法,分别是什么?(1)按化学反应传播的特性和方式:强烈热分解,爆震,缓燃(2)按照燃料的种类:气体燃料燃烧,液体燃料燃烧(燃烧前雾化,蒸发,混合),固体燃料燃烧(3)按照有无火焰:有火焰燃烧,无火焰燃烧(4)按照燃料和氧化剂是否预先混合以及流场形态分类:层流预混火焰,层流扩散火焰,湍流预混火焰,湍流扩散火焰,预混-扩散复合层流火焰(煤气灶)。
2、什么叫燃烧?燃烧的现象是什么?燃烧是指可燃物和助燃剂之间发生快速强烈的化学反应。
现象有发光,发热等。
3、燃烧学研究方法实验分析,数值模拟,理论总结,诊断技术第二章 燃烧学的热力学与化学动力学基础1、什么叫化学恰当反应?所有参加化学反应的反应物都按照化学方程式给定的比例进行完全燃烧的反应。
2、反应分子数和反应级数的异同。
(1)概念不同:反应级数数是反应浓度对化学反应速率影响的总的结果,由化学动力学实验测得。
化学反应分子数是指基元反应发生反应所需要的最小分子数。
(2)用途不同:反应级数用来区分化学反应类型,反应分子数用来解释化学反应机理。
(3)简单反应的级数常与反应式中作用无的分子数相同。
(4)化学反应级数可以是正整数,分数,零和负数。
零表示化学反应速度与浓度无关。
负数表示该反应物浓度增加化学反应速率下降。
但化学反应分子数一定是正整数。
可以有零级化学反应,但不可能有零分子反应。
3、阿累尼乌斯定律及其适用范围。
阿累尼乌斯定律是化学反应速率常数与温度的经验公式。
表达式为:exp(/)b a u k AT E R T =-适用范围:(1)适用于简单反应以及有有明确级数的化学反应(2)阿累尼乌斯公式是由实验得出的,它的适用温度范围比较窄。
在低温范围内拟合的阿累尼乌斯经验公式可能完全不适用于高温情况下的实验数据。
4、分析影响化学反应的各种因素。
(1)温度阿累尼乌斯定律,温度影响化学反应速率常数,温度升高反应速度加快。
(2)催化剂催化剂是指能够改变化学反应速率,而本身在化学反应前后组成,数量和化学性质均没有发生变化的物质。