民用航空发动机低排放燃烧室技术发展现状及水平_张弛
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飞机发动机——燃烧室技术——燃烧室;传热学;热力学;燃油喷嘴;火焰筒;冷却技术;燃烧室试验技术——发动机;燃烧室;定义与概念:主燃烧室是航空发动机三大部件之一,位于压气机和涡轮之间,用来将燃油中的化学能转变为热能,将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度,以便进入排气装置内膨胀作功。
对燃烧室的主要要求是:燃烧效率高、燃烧稳定范围宽、总压损失小、出口温度分布均匀,在飞机的飞行包线内点火可靠,排气污染小,结构可靠,重量轻,寿命长等。
燃烧室一般可分为单管燃烧室、环管燃烧室和环形燃烧室等。
燃烧室的结构形式虽然多种多样,但它们都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器等组成。
目前燃烧室的设计仍然采用经验/分析相结合的方法。
燃烧室的研究主要集中于提高燃烧效率、降低耗油率、研究新的冷却方法和冷却结构、增加燃烧室温升、延长燃烧室使用寿命、改善结构可靠性、耐久性和维修性以及减少污染排放。
飞机发动机——燃烧室技术国外概况:航空发动机主燃烧室的发展可以由以下几点概括:1. 燃烧室的类型由单管燃烧室发展到环管燃烧室,然后再发展到短环形燃烧室;2. 燃烧室进口压力及进气温度不断提高;3. 出口平均温度由1150K增加到现在的1900K;4. 燃烧室长度不断减小。
在相似的起飞状态空气流量下比较燃烧室的长度,缩短到300-500mm。
但今后长度缩短的趋势在减小。
5. 对燃烧室多方面的严格要求。
在早期,进气压力和温度较低,效率是最突出的问题。
随着压气机压比及巡航速度提高,进气压力和温度也提高,冷却及燃烧室出口温度分布质量问题突出。
随后要求高推重比,希望燃烧室长度短。
现在又强调增加燃烧室温升和延长寿命。
燃烧室的设计和发展工作实质上是要在相互矛盾的设计要求之间寻找一个可接受的方案的一种工程实践。
这些要求包括燃烧效率、压力损失、气体排放物、烟雾、点火、重新起动、贫油熄火、燃烧室出口温度品质、结构耐久性和寿命期费用。
多年来,这些燃烧室设计要求一直是借助于基础分析和广泛的部件和台架试验,通过经验修正公式来解决的。
航空发动机高效低排放技术研究航空工业发展迅速,空中旅行成为人们日常生活中越来越重要的方式。
而航空发动机是飞机的核心部件,具有极高的技术要求。
随着环保意识的加强和能源消耗的增加,发动机的低排放和高效性也成为了行业的关键发展方向。
本文将探讨航空发动机高效低排放技术的最新研究进展和未来发展趋势。
一、发动机低排放技术发动机燃烧产生的气体排放对环境和人类健康造成很大的影响,如排放物中的氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)。
低排放技术是目前开展的一个热点研究领域,旨在减少发动机燃烧产生的污染物。
主要的技术手段包括燃烧控制、排放控制和后处理技术三个方面。
1、燃烧控制燃烧控制是通过优化燃烧过程降低发动机排放物的主要方法,主要分为两类。
一种是预混燃烧,即将燃料和空气混合后进入燃烧室,并加入适当的点火能源。
多喷射燃料系统和燃料旋流室等技术的应用可以进一步提高预混燃烧的效率和稳定性。
另一种是分层燃烧,即通过多个连续的燃烧室将燃料逐渐燃烧,并避免燃烧温度过高。
2、排放控制排放控制是在燃烧之后采用相应的设备降低排放物浓度的方法。
常见的排放控制技术有高温限制、进口气流调节、新型燃烧室形状等。
3、后处理技术后处理技术是通过在排放口安装特定设备对排放物进行处理,从而减少其对环境的影响。
目前主要的后处理技术包括三维蜂窝催化器、氧化分解器等。
二、发动机高效性技术高效性是提高发动机性能的一个关键方面。
发动机高效技术主要有三个方面。
1、发动机结构发动机结构对其效率起着重要作用。
如采用更加轻量化的结构,可大大减少发动机本身的质量从而提高整机的高效率。
同时,随着材料科学与技术的高速发展,新型材料的应用也为航空发动机的高效性带来越来越多的可能。
2、气流优化对飞行器的气流进行优化,也是提高发动机高效性的关键。
例如,采用波段拉伸、外悬浮翼等新型翼型,能减小气流波动,使发动机的进气和排气更加顺畅。
3、燃油和排气再利用目前,绝大多数航空发动机都采用全气路式,即所有的压气机和涡轮都由燃气驱动。
航空发动机技术的发展趋势随着人类文明的迅猛发展,我们对于交通工具的需求也越来越强烈。
而其中最重要的交通工具之一便是飞机,这一快速便捷的出行方式不仅提高了人们的出行效率,也扩大了人类活动范围,促进了全球经济发展。
而作为飞机的核心部件之一,发动机技术的发展趋势也是我们需要关注和研究的问题。
在当前的航空领域,节能、环保、高效已经成为了发动机技术开发的三大趋势。
在这种趋势下,发动机技术不断地发展创新,以满足日益增加的运输需求,同时更好地维护环境和普罗大众的健康。
那么,航空发动机技术的发展趋势究竟是什么,又将从哪些方面不断进行创新呢?下面我们将从几个方面论述这个问题。
一、提高燃烧效率在航空发动机技术开发的过程中,燃烧效率一直是工程师们关注的热点问题。
而在高速激波燃烧室、叶栅、转子中,都存在失稳和非对称现象,这些会影响到燃烧效率的提高。
但是随着新材料、新制造工艺和新型燃烧室技术的不断推广,燃烧效率自然也会随之提高。
而在未来的燃气轮机和涡扇发动机中,变速叶栅、可调位燃烧室或是先进的燃烧模型等技术都将大量应用,从而进一步提高燃烧效率,减少能源的消耗,实现绿色环保。
二、提高发动机降噪性在飞行中,飞行器航行时发出的噪声会对地面环境以及飞行员的健康造成影响。
因此,提高降噪性是航空发动机最为重要的任务之一。
在这方面,发动机使用开式耳麦或闭式耳麦等技术,可以大量减少飞行员的噪声干扰。
同时,在发动机设计中,一些新型燃烧室技术、精度更高的铸造工艺或是新颖的材料也可以有效地降低噪声级别。
由此,未来的航空发动机将更加环保、安静、高效。
三、提高发动机可靠性和寿命作为航空领域最为重要的组成部分之一,发动机的可靠性和寿命也非常关键。
通过使用新型复合材料、智能材料等高科技材料,可以增加发动机在使用中的可靠性。
此外,在发动机寿命检测系统和寿命设计方面,也需要相应地进行技术更新和改进。
通过使用大量数据分析或是基于机器学习的预测模型,我们可以更加精确地预测发动机的故障发生时间,避免飞行事故的发生。
加力燃烧具有宽工况适应性,除用于常规军用涡扇发动机外,未来变循环发动机、常规起降高超声速动力系统、单级入轨系统、新一代超声速民航飞机动力等也可用加力燃烧技术作为突破循环切换“推力陷阱”的重要辅助手段。
因此,在未来相当长的一段时间内,加力燃烧仍将作为航空发动机关键技术,发挥重要作用。
目前,常规主燃烧室受限于技术原理、材料性能和环保要求,已逐渐逼近设计极限,涡轮级间燃烧、超紧凑燃烧、定容燃烧等非常规燃烧技术尚未成熟,因而加力燃烧技术因其设计灵活性和应用的便捷性,在可预见的未来不但不会消亡,还可能会进一步发展。
基于对上述趋势的清醒认识,各国的相关企业和科研机构在对常规加力燃烧技术进行创新优化的同时,也在各种新型加力燃烧技术上加大科研投入,力求在未来的竞争中占得先机。
常规加力燃烧技术的创新优化在常规加力燃烧技术的创新优化方面,具有提高燃烧效率和降低耗油率作用的稳燃技术是各国重点研究的方向之一。
日本稳燃技术进展在常规加力燃烧室稳燃技术方面,日本石川岛播磨重工(IHI)近年来开展了较多创新性研究,尤其在火焰稳定器新结构方面的研究工作较有参考价值,已公开的稳定器新结构见表1。
表1 IHI公司设计的不同类型火焰稳定器俄罗斯稳燃技术进展在俄罗斯研制的一个V形槽稳定器与主燃烧室头部旋流器结合的加力燃烧方案中(如图1所示),研究人员在V形槽稳定器内部安装了一种与常规主燃烧室头部旋流器类似的结构。
根据推测,该结构的设计目的一方面是改善燃油雾化掺混特性,从而改善加力燃烧室燃烧效率,提高加力燃烧温升;另一方面是为了降低加力燃烧状态下的耗油率,同时利用旋流器回流区与V形槽钝体绕流回流区耦合,强化加力燃烧的火焰稳定性,改善加力燃烧室内的燃烧振荡现象,拓宽火焰吹熄极限。
图1 V形槽稳定器—头部旋流器组合稳燃结构燃烧室中的横向射流本身是一种有效的燃料掺混与火焰稳定方式,且不需要任何机械结构,质量轻、结构简单。
但在加力燃烧室内实现横向射流点火与稳燃技术难度较大,这主要是因为射流穿深与射流轨迹难以控制,且下游流场十分复杂。
航空发动机制造技术发展及发展趋势大家好,今天我们来聊聊航空发动机制造技术的发展趋势。
我们要知道,航空发动机是飞机的“心脏”,它决定了飞机的速度、高度和航程。
那么,航空发动机制造技术的发展又是如何影响到我们的出行体验呢?接下来,我将从以下几个方面为大家详细介绍。
1.1 航空发动机制造技术的现状目前,航空发动机制造技术已经取得了很大的进步。
以前,航空发动机的噪音大、耗油多、寿命短,给乘客带来了很大的不适。
而现在,随着科技的发展,航空发动机的性能得到了极大的提升,噪音降低了很多,耗油也减少了,寿命也变得更长了。
这要归功于先进的材料、工艺和设计。
1.2 航空发动机制造技术的发展趋势那么,未来的航空发动机制造技术会朝着什么方向发展呢?我认为,有以下几个趋势:第一,绿色环保。
随着人们对环境保护意识的提高,航空发动机制造技术也会越来越注重环保。
比如,采用新型的低排放材料、优化燃烧过程等,以减少对环境的影响。
第二,高效节能。
未来的航空发动机将会更加高效节能。
这需要我们在材料、工艺和设计等方面进行创新,以提高发动机的热效率和燃油效率。
第三,智能化。
随着人工智能技术的发展,未来的航空发动机将会更加智能化。
通过实时监测和调整发动机的工作状态,可以实现更精确的控制,提高飞行的安全性和舒适性。
第四,轻量化。
为了降低飞机的重量,未来的航空发动机将会更加轻量化。
这需要我们在材料、结构和工艺等方面进行创新,以减轻发动机的重量。
2.1 航空发动机制造技术的挑战虽然航空发动机制造技术有很大的发展潜力,但同时也面临着一些挑战。
比如,如何提高发动机的可靠性和安全性;如何降低制造成本;如何在保证性能的同时实现轻量化等。
这些都是我们需要努力去克服的问题。
2.2 航空发动机制造技术的未来展望总的来说,随着科技的不断进步,航空发动机制造技术将会越来越先进。
未来的航空发动机将会更加环保、高效、智能和轻量化。
这将为我们带来更好的出行体验,让我们的天空更加湛蓝。
燃气涡轮发动机低污染NOX燃烧技术摘要:针对民用发动机污染排放的现状,介绍了低污染燃烧技术发展概况及趋势,分析了NOX排气污染物的生成机理和主要影响因素以及改善措施。
对7种先进低污染燃烧技术的工作原理与特点、以及应用状况作了简要分析。
低污染燃烧技术,虽然实现这些技术难度较大,但有广阔的应用前景。
关键词:民航发动机;污染排放;低燃烧技术1 引言航空发动机排放的污染物主要有CO2、NOX、CO、冒烟、HC和SOX[1]等,这些有害物质对人类及其生态环境造成严重危害.由于飞机是在高空飞行,航空发动机在空中所排放的污染物比地面动力装置排放的污染物对大气影响更为明显,更容易导致温室效应和全球气候的变化.为了使民用发动机具有更高的环境友好性,满足世界卫生组织日益严格的环保要求,在提高航空发动机性能同时,必须降低油耗,降低污染物排放;低污染燃烧技术是促使空运迅速发展的一项十分重要的关键技术.为了有效控制发动机NOX排放,ICAO对发动机排放标准陆续颁布有1986,1993,1996和2004年的生效的CEAP1,2,4和6标准。
因NOx的排放对环境污染越来越严重,所有标准中对NOx的规定也日趋严格,以CEAP1基准,分别与CEAP2,4和6标准相比,相对前一个标准,后者分别降低20%,16.5%和12%[2]。
2 NOX燃烧基本规律及控制措施航空发动机燃烧产生的排气污染中主要部分是NO和NO2,NO2是由NO 氧化而成的。
因此,控制燃烧产生NO,就相当于控制了燃烧室的NOX排放。
为了阐述低污染燃烧室的控制措施,有必要简单地回顾一下NO在燃烧过程中的产生机理。
2.1 燃烧过程NO的生成机理NO的生成途径主要有热力型、瞬发型、氧化型和燃烧性生成机理。
由于航空煤油中的氮含量只有0.06%[3],因此燃料型生成的NO可以忽略不计。
热力型NO生成在高温燃烧环境条件下,在火焰和火焰后的区域中,大气中的氮与氧产生反应而形成的,这个过程是一个强吸热过程,NO的生成量是燃烧温度的指数函数,对燃烧区温度非常敏感。
航空发动机发展现状与未来趋势
现代航空发动机发展现状与未来趋势
一、近期发动机技术发展
1. 推力增大:近几年,最先进的航空发动机技术推力量可以达到400千牛顿,相比早期的发动机可提供的动力得到大幅度提升,大大提高了飞机的机动性及安全性。
2. 噪音减小:发动机制造商采用新一代的叶片、固定叶之间的设计,减少噪声,有效降低飞机噪声对居民的影响。
3. 节油减排:发动机制造商开发了新型控制系统,可以更有效率地燃烧燃料,节省消耗,减少水和空气污染。
二、未来航空发动机发展趋势
1. 混合动力:为更高效的燃烧燃料,发动机制造商正在研究新型混合动力技术,该技术既可以减少排放,又可以更有效的燃烧燃料、降低噪声。
2. 结构增强:为降低发动机的体积及重量,发动机制造商正在采用新型纤维结构,使发动机可以忍受更大的压力、温度以及速度。
3. 智能化:未来发动机尤其是军用发动机可能会更加智能化,采用先进的控制技术及在线监测系统,提供全方位的信息反馈,确保发动机的安全使用。
总的来说,近期航空发动机的技术迅速发展,动力更大,减排节油,噪音减小,在未来,航空发动机仍将持续发展,混合动力,结构增强以及智能化将成为主流
技术,为更安全、气化及经济的航空发动机可以把握进一步实现。
航空发动机燃烧技术的研究与优化航空发动机作为飞机的重要部件,对于飞机的安全性、经济性和环保性具有至关重要的作用。
其中燃烧技术是航空发动机重要组成部分之一,直接关系到发动机的性能和效率,因此航空发动机的燃烧技术的研究与优化具有重要意义。
一、燃烧技术概述航空发动机的燃烧技术主要包括燃烧室、燃烧过程和控制系统三个方面。
燃烧室是燃料和空气混合后点燃燃料发生燃烧的地方,同时也要满足吸收燃烧产物、控制火焰传播、保证燃烧温度和降低振动声阻等要求。
燃烧过程包括燃料混合、点火、燃烧和扩散四个过程,其中点火和燃烧是燃烧过程的关键,控制系统则是针对燃烧过程进行监控和控制,实现发动机的稳定性和安全性。
二、燃烧技术优化方法1. 燃气特性优化发动机燃烧室的设计一般基于特定燃气看轮廓,包括气体特性(热力学、化学、物理特性)等。
通过调整燃烧过程参数,不同燃气特性下的燃烧过程可以得到不同的燃气动力学特征,这也是燃气特性的优化。
优化技术主要有混合增强、涡流增强和火焰扩散速度增强。
混合增强是通过混合气口的安装及结构参数设计,使燃烧前燃料和空气完全混合,从而提高燃烧效率。
涡流增强是通过引入涡流进入燃烧室,在气体流场中形成涡旋,提高燃烧效率。
而火焰扩散速度增强则是利用一些特殊材料或技术手段使火焰扩散速度加快,从而经济地提高燃烧效率,例如调整火焰高度、增加焰核数量等。
2. 燃烧室结构优化燃烧室的结构也是影响燃烧效率和排放的重要因素,其形状和长度的优化都可以有效地提高燃烧效率和降低污染排放。
优化技术主要包括变截面燃烧室、逆向燃烧室、湍流燃烧室和超音速燃烧室等。
变截面燃烧室的主要特点是变截面的存在,可以使燃气在不同截面之间多次反复混合,从而使燃烧能够更加充分。
逆向燃烧室则是将燃料和空气从两端同时进入燃烧室,使燃料和空气在中间相遇完成燃烧过程。
湍流燃烧室则是利用湍流的特性来增加混合效果,提高燃烧效率。
超音速燃烧室则是利用高速气流来加速燃烧产物的扩散速度,提高燃烧效率和推力。