1、ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit第五章 燃燒室設計新技術(shù) 目前航空發(fā)動機要求燃燒室在非常寬的工作條件下具有良好的性能，并且具有良好的燃燒效率和低的冒煙值。 燃燒室噴嘴在小流量的條件下霧化質(zhì)量直接影響高空飛行的工作穩(wěn)定性，燃燒室出口溫度的均勻直接影響到發(fā)動機工作的安全性和使用壽命。 故提高燃油噴嘴霧化質(zhì)量，改善滿負荷工作狀態(tài)時燃燒室的出口溫度是新型燃燒室設計的重點。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit常規(guī)燃燒室見5-1圖5-2：有兩個燃燒區(qū)，

2、分別為一貧油一富油區(qū)，目的為了提高燃燒效率。適當增加空氣流量。圖5-3：在小載荷狀態(tài)啟用預燃級噴嘴噴油以提高燃油霧化質(zhì)量。增大發(fā)動機工作穩(wěn)定性。圖5-4：更好的控制主燃燒室燃油的霧化質(zhì)量，改善燃燒室的工作穩(wěn)定性和出口場溫度。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit四圖的優(yōu)缺點見表5-1ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit5.1.2 試驗結(jié)果分析（1）燃燒室出口溫度場對比分析5-5、5-6、5-7（a、b）哪種燃燒室溫度分布均勻？（2）燃燒室的冒煙特

3、性圖5-9給出了扇形試驗件的冒險特性試驗結(jié)果，表明：新設計的多旋流器燃燒室比現(xiàn)役短燃燒室油氣比高很多。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit（3）燃燒效率圖5-10多旋流器燃燒室增大了當量功率，增寬了油氣比的工作范圍，具有平穩(wěn)的燃燒效率圖5-11表明：采用多旋流燃燒室對于不同的狀態(tài)，開啟不同的燃燒室與功率的關(guān)系。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit 5.2新型的燃燒室結(jié)構(gòu)設計5.2.1 陶瓷基復合發(fā)汗冷卻火焰筒試驗證明，該火焰筒能在2000K的平

4、均溫度下進行工作，并且具備一定的發(fā)展?jié)摿?.2.2 碳化硅復合材料火焰筒允許火焰筒工作溫度高達14805.2.3 富貧快速摻混燃燒室如圖所示，此種發(fā)動機在很高的工作溫度水平上，劇本高的熱容強度和低的燃燒室環(huán)面溫度系數(shù)，發(fā)動機具備很好的耐熱性ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit5.2.4 瓦片式內(nèi)壁燃燒室可以是合金也可以是陶瓷，主要優(yōu)點是受熱件不承力，并與氣膜冷卻相結(jié)合使用，可大大提高燃燒室的工作壽命和可靠性ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit

5、5.3 復合材料和新型冷卻技術(shù)的應用研究5.3.1柔性金屬 / 陶瓷壁火焰筒結(jié)構(gòu)如圖5-16所示，設計工作溫度可達1922K目前采用氣膜發(fā)動機工作溫度在1650K，而此種發(fā)動機設計工作溫度在1900K左右。圖5-17給出了采用此種CMC發(fā)動機后空氣流量比一般的氣膜冷卻空氣流量可減少80%ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit5.3.2 多孔層板冷卻火焰筒如圖5-18所示當冷卻空氣流過空層內(nèi)部時，帶走了火焰筒壁面熱量和內(nèi)部熱量，對火焰筒筒體冷卻效果提高ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與

6、原理 ProNextReturnExit 5.4 燃燒室相關(guān)其他技術(shù)1，多層燃油噴嘴圖5-19，采用多層噴嘴，多個噴射點，大大改善了燃燒的摻混程度。2，新型的三通道擴壓器設計（圖5-20）擴壓器作用？采用鈦鋁合金整體三通道擴壓器可以降低成本，改善燃燒室進口氣流速度分布，并可以縮短燃燒室的長度。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit3，旋渦式加力燃燒室采用獨特的火焰穩(wěn)定技術(shù)，可以縮短加力燃燒室的長度，降低重量，提高工作穩(wěn)定性4，等離子點火器現(xiàn)役的點火器有哪些？作用：可以在較高的氣流速度下增加燃燒室的工作穩(wěn)定性ProNext

7、ReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit第六章 先進高功率渦輪及轉(zhuǎn)子技術(shù)1，先進高功率渦輪的技術(shù)特點要求：單級渦輪比功率在目前使用的先進發(fā)動機單級渦輪基礎上做功量提高14%，效率提高2.5%以上主要特點：1在較高的溫度環(huán)境下工作2提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，增大渦輪葉片進出口氣流的速度，加大速度三角形的扭速。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit3仔細設計渦輪葉片的形狀4使用最好的材料加工渦輪葉片和渦輪盤5采用精密冷卻技術(shù)ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理

8、航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit2，現(xiàn)代計算流體力學的應用由于計算機的發(fā)展技術(shù)，軟件和硬件的不斷提高，使得三維流體力學計算程序的開發(fā)在近幾年中已到達實用階段采用三維流體力學計算程序可以：提高單級渦輪做功能力減少二次流損失，提高渦輪效率了解渦輪表面的溫度場分布，指導渦輪冷卻空氣通道的設計ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6計算流體力學的應用：深入研究葉尖氣流的復雜流動和換熱過程動態(tài)分析渦輪導向器與渦輪葉片的相互作用計算葉片表面的M數(shù)分布 研究葉片表面的M書分布隨時間的變化規(guī)律，有助于研究提高渦輪

9、葉片耐久性的相關(guān)措施ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6.3高效渦輪冷卻技術(shù)1，提高單位流量空冷效率 前面講了，發(fā)動機渦輪工作溫度1900K以上，僅靠材料本身的耐高溫性是難以滿足要求的，因此必須對渦輪進行空冷。 而依靠空氣冷卻的效果十分有限，因此提高單位流量的空氣冷卻效果勢在必行，下面介紹三種方案： 強制冷卻渦輪冷卻空氣ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit綜合利用冷卻空氣的熱能，引出高壓壓氣機空氣冷卻后流入渦輪冷卻后做功進一步改善葉片冷卻氣流

10、的流路，提高冷卻效果。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit2，提高渦輪葉片的冷卻效率第三代發(fā)動機渦輪采用耐高溫合金第四代則必須采用單晶合金 此兩種渦輪葉片內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)難于加工，即內(nèi)部空氣流路因鑄造工藝技術(shù)過于復雜、精細，很難實現(xiàn)。使得三維仿真模擬渦輪內(nèi)部溫度場難以進行。 因此美國提出了通過兩個半片渦輪黏貼成一個渦輪葉片 6-6ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6-4 粘接技術(shù)和渦輪葉片連接 由第四章內(nèi)容知道：渦輪轉(zhuǎn)速的提高，渦輪盤承受的離心力

11、和自身的重量將增加，使得輪盤中心孔減小，無法設計雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機。 因此不減輕葉片重量，無法提高轉(zhuǎn)速，難以設計高功率的渦輪轉(zhuǎn)子。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit1，技術(shù)分析發(fā)動機轉(zhuǎn)子重量占發(fā)動機重量的25%左右，輪盤是主體，若能夠減輕葉片的重量，和葉片與輪盤連接部分的重量，就可以大大減輕渦輪輪盤的重量，從而減輕轉(zhuǎn)子部分重量。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit2，采用葉片粘接新技術(shù)減輕渦輪轉(zhuǎn)子重量 放棄傳統(tǒng)的多齒連接方式，采用合金粘接技術(shù)，將葉

12、片和盤連接起來。 圖見6-7 效果見4-3 系數(shù)有所降低3，葉片的粘接技術(shù)簡介（略）ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6-5損傷容限設計技術(shù)ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6.6高性能渦輪部件的最新研究成果1，鈦合金基復合材料低壓渦輪軸此種軸與第三代合金渦輪軸比，可以減重30%，剛性提高40%，且壽命可靠性均有所提高2，低慣性，雙結(jié)構(gòu)渦輪盤 圖6-9ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNex

13、tReturnExit3，碳化硅-碳復合材料渦輪導向器特點：重量輕，成本低，耐高溫等性能4，整體式陶瓷材料渦輪葉片 特點：減輕了渦輪葉片的重量，而且可以承受較高的燃氣溫度5，碳基復合材料的渦輪部件 詳見P92ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6，陶瓷基復合材料的渦輪過渡機匣特點：大幅度減輕機匣重量和冷卻空氣的流量7，鉬基和鈮基合金材料研究估計性能可以滿足第三階段目標所需高溫葉片設計需求ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit第七章 矢量推進技術(shù)矢

14、量：有方向有大小的量。標量：只有大小，無方向的控制ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit膨脹比的概念：式中： 尾噴管進口處總壓所在高度大氣壓力膨脹比：代表燃氣在進入尾噴管時壓力勢能的大小，或者說表示進入尾噴管燃氣膨脹能力的大小。 與發(fā)動機的工作狀態(tài)，飛機的飛行速度、高度有關(guān)系。p入*pp進噴入*p進ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit落壓比：*pp進落出式中： 燃氣流出尾噴口的靜壓p出落壓比落壓比：燃氣通過尾噴管的實際膨脹程度，表示尾噴管工作性能好壞的參數(shù)顯然顯然： 完全膨脹 若不等，則不完全膨脹，即尾噴