第八章加力燃烧室ppt课件.ppt

第八章 加力燃烧室原理,8.1 加力燃烧室特点及对发动机性能的影响 8.2 加力燃烧室主要部件和工作原理 8.3 振荡燃烧,加力的几种方法,喷液(水、或水醇类混合液)加力：即经压气机入口处喷高压液体，以便在压缩过程中蒸发吸热，降低气流温度，提高压气机效率和增加质量流量，从而提高推力，但这种方法需要增加一套供液系统，且推力增加有限，已不再为人们所用复燃加力(reheating):即通过在已燃气中喷燃油，提高排气温度来增加推力在地面台架状态，加力推力较最大状态推力可增加2550%，在高速或超音速飞行是增加更多，可达100%以上对于涡扇发动机加力推力增加比例更大，地面台架状态可达70%以上，超音速时可达150%以上8.1 加力燃烧室特点及对发动机性能的影响,一、加力燃烧室工作特点及对它的要求：,(1) 加力燃烧室进口总压低，气流速度大，进口总温高点火和火焰稳定都相当困难，燃烧效率显著下降 (2) 二次燃烧，工质含氧量下降，惰性成分增加，燃烧效率下降对组织燃烧不利 (3) 加力燃烧室后只有可调喷口，已没有其它转动部件(如涡轮叶片)，温度无须过多限制，可达2000K;相对富油；不需要火焰筒。

(4) 加力燃烧室一般不在巡航和慢车状态下工作，仅在发动机最大状态或额定状态下为补充推力不足时开动 (5)余气系数小，含氧量小，燃烧不容易稳定，产生振荡燃烧一）加力燃烧室工作特点：,（二）、加力燃烧室的战术技术指标如下： 加力点火应迅速、可靠、平稳 接通加力12s；慢车至全加力时间45s; 加力接通可靠性：不低于105次；接通加力时不允许爆燃 (2) 加力推力要尽可能大 第3代：T/M=78；第四代：T/M=910 (3) 加力稳定工作范围宽 涡喷：加力比1.11.5；涡扇：加力比1.051.70； 在全部工作范围内没有推力脉动或不稳定燃烧现象4) 在任务剖面内开加力无使用限制 一次加力的工作时间10min;在总寿命内，加力时间 1015% (5) 加力耗油率要尽可能低 在低压中复燃，故热效率低，所以加力耗油率比主燃烧室的高出一倍左右 (6) 机匣筒体壁温要低，工作可靠性好 涡喷：Tw<750C；涡扇：Tw<350C,(1) 减小流体阻力 由于加力燃烧室流速大，且供油、点火及稳定器部件在不开加力时不工作，是产生无效阻力累赘，因此设法改进设计，减少阻力是加力燃烧室改进的课题。

(2)提高燃烧效率，降低发动机的单位耗油率 (3)出口温度场尽可能均匀，以减少推力损失 (4)防止振荡燃烧 (5)点火和燃烧稳定性好,（三）、性能要求,二、加力燃烧室工作时对发动机性能的影响,性能参数：,加力比：,加力后推力,加力前推力,,,加力耗油率比：,加温比：,大， 、 相应也大目前涡喷发动机 约为2左右，涡扇发动机 较高，可达2.5，由于涡扇发动机外涵流动的是新鲜空气，进口温度低，可加入的燃料也较多1、加力比,,近似认为：,则：,2、耗油率比,,,3、加力时发动机尾喷口面积的变化,为了保持发动机的主要工作参数不变，在开动加力时，必须同时扩大尾喷口面积，根据流量公式，可推出加力与未加力时的面积比：,加力面积比亦与加温比的平方根成正比，加力面积比是由自动调节系统随机控制，一般尾喷口形式如下：,典型的加力喷管设备,典型的带加力燃烧室的涡轮风扇发动机,加力式主要部件：扩压器、供油装置、点火器、火焰稳定器、防震（隔热）屏和加力室筒体等8.2 加力燃烧室主要部件和工作原理,WP13加力燃烧室外形,WP9加力燃烧室立体图,一、扩压器(混合器),加力燃烧室的扩压器是由中心鼓筒和外壳构成，按面积的扩压比一般在2左右，其目的是将高速气流减速，并使压力有所提高，这将有利于组织燃烧和减少阻力。

中心鼓筒由若干个整流支板支承，支板有一定的偏斜度，以扭正涡轮排气的旋转气流动(整流)，有利于使稳定器截面处的流场均匀 加力燃烧室扩压器一般是做成大扩张比和小扩张角，这有利于减小压力损失，但这要受直径和长度的限制，为了减小可能产生的气流分离，扩张角一般不宜太大，为了工艺简单，中心鼓筒或外壳常做成直线截锥形，也有做成特型曲面的二、供油装置,加力喷嘴多置于扩压段通道里，这里紊流度大，有利于蒸发和掺混大多数加力燃烧室用直流式喷嘴，即在喷油环和杆上钻许多小孔(直径一般在0.41.0mm范围内)，其数量可达百个，可以保证分布较为均匀 直射式喷嘴使用时又可分为侧喷、逆喷和顺喷以及小角度喷射等多种方式三、点火及点火装置,加力燃烧室点火和主燃烧室点火有类似之处，也是靠外加点火源先将局部混气点燃，然后再将火焰传播到整个室内空间要求加力点火迅速可靠，点火范围宽广 目前使用的加力点火方法主要有预燃室点火、热射流点火、催化点火和电喷嘴直接点火等a）预燃室点火,预燃室本身就是一个小型的燃烧室，一般涡喷发动机将其置于鼓筒的中心部位 预燃室一般用电火花直接点火，当预燃室点着后，即喷出一股热量较大的火舌，再点燃加力燃烧室。

中心预燃室,（b）热射流点火,在加力供油的同时，在主燃室中部适当位置定量挤入一股燃油，这股燃油被高温热燃气点燃成为一股强有力的属两态燃烧的火舌这股火舌穿过涡轮，在涡轮后再喷一股燃油接力，于是这股强大的瞬时火焰就能把加力燃烧室点燃c）催化点火,催化点火是一种新的点火技术，它是将400500C的涡轮燃气流过一个文氏管，并在文氏管喉部喷注燃油，经扩张段掺混后穿过由铂-铑丝编织的网(有23层)，由于铂-铑丝表面在吸附燃油后产生电离现象，产生催化作用，可燃气体会自发点火，于是形成的火舌从点火器喷出，将加力燃烧室点燃d） 高能电嘴电火花点火,考虑加力燃烧室点火的困难，因此火花功率要大，有时对称放两只电嘴，以提高可靠性四、火焰稳定器,1、最佳堵塞比,（a）对于单锥稳定器,单锥稳定器的最佳堵塞比：,（b）对于V形槽单环稳定器,2、常见的稳定器,（a）蒸发式稳定器,附加燃油流经盘旋于燃气之中的蛇形管预热之后喷向溅油板，与进入蒸发管的小股空气掺混形成富油混气，从环形稳定器底部喷出同时从稳定器顶部均匀分布的长方形小孔进至稳定器内部的少量空气与蒸发管喷出的富油空气掺混，在稳定器内形成内回流区蒸发式稳定器的优点是： 扩大了贫油状态的点火和稳定工作范围，并能提高燃烧效率，特别是在来流温度低，流速高时，其优越性十分突出。

(2)可以在很小的加力比下实现软点火（软点火的概念是缓慢增加加力比，壁面突然加力引起风扇或压气机间喘振，涡扇发动机对此要求特别严格）,（b）气动火焰稳定,这也是一种新的火焰稳定方式，用较高压力的气体射入主气流形成回流区气动火焰稳定装置的优点是： 它也是一种可调火焰稳定方式改变射流气量或压力可调节回流区大小和强弱，改变喷射气体成分（如添加燃料或氧气），可达改善回流区功能的目的 (2)在非加力工作状态时，可减少阻力损失 最大缺点是供气及调节系统复杂，而且喷射气体来自压气机，将影响核心机的性能，有得不偿失之虑WP13沙丘式火焰稳定器,（c）沙丘稳定器,沙丘稳定器主要是利用良好的自然气流结构，既保证了良好的热量和质量交换，又减弱了旋涡的周期性脱落，增强了稳定火焰的生命力，延长了可燃微团的停留时间，并在一定程度上防止了由于旋涡周期性脱落带来的振荡燃烧的激振因素 沙丘型旋涡发生器具有顽强的抗干扰性能和同样堵塞比的V型稳定器相比，它的阻力下降75%80%，贫油稳定性得到大幅度扩展，点火性能也得到改善，可点燃风速比V型槽高出40%左右，而且燃烧效率也得到提高，在低温和低压下仍能保持其原有的性能安装在加力筒体内用以隔热并防止振荡燃烧的多孔薄板筒体称为防振隔热屏。

防振隔热套筒与外壳保持一定的距离，形成环形冷却通道 在涡扇发动机中利用外涵道的空气作为冷却气流，这股气流约占总空气流量的10%左右 在涡轮喷气发动机中，只能用涡轮后温度较高的燃气来冷却，冷却效果欠佳，所以有时发生加力燃烧室承力的外壳体温度过高的“烧屁股”问题五、防振隔热屏,防振隔热屏通常由一段或多段筒体组成，也有用全长防振隔热屏的，其上开有许多13mm的小孔，前段主要起防振作用，后段起隔热作用 防振隔热屏一般做成纵向或横向波纹形 一方面使压力波发生漫反射，大大减弱反射压力波的能量并改变其相位； 另一方面因小孔两侧存在压差，气柱既可进入冷却通道，也可反向流入燃烧室，使振荡能量变为气流动能而被吸收； 带小孔的波纹板受热后变形，可以减少防振隔热屏的热应力一、振荡燃烧的特点和类型,1、特点： 振荡燃烧是加力燃烧室筒体内燃烧时气柱的脉动现象，其频率范围相当宽，从音频到亚音频都有8.3 振荡燃烧,2、类型 a、纵向振荡 b、横向振荡 c、径向振荡,二、加力燃烧室的激振因素,1、发动机转速引起的燃烧室振荡,2、旋涡脱落引起的燃烧振荡,3、供油脉动引起的燃烧室振荡,4、燃烧本身引起的脉动,三、消除或减弱振荡燃烧的措施,1、减弱原始的压力脉动,2、改善火焰稳定器的设计,3、设置阻尼装置,4、改善供油条件,。