燃烧室是航空发动机三大核心部件之一，其点火可靠性决定着发动机的稳定工作边界，进一步决定了飞机/舰船的飞行包线、运行区域和安全性。高空条件下，低温低压条件使得高空点火更加复杂。为了更加清晰地认识高空点火过程，轻型动力实验室开展了常温低压点火边界及火焰传播过程研究。基于高空点火实验台，轻型动力实验室研究人员首先对常温低压下的点火边界进行研究。图1为室温条件下（10℃），旋流器压降1%，2%及3%时，最小点火当量比随高度（压力）的变化。结果表明对于同一旋流器压降，随着高度的增加，最小点火当量比增大，这是由于低压下，空气雾化质量变差及化学反应速率减小共同造成的，并且高度越高，压力对点火边界的影响越明显；在相同高度下，随着旋流器压降的增大，最小点火当量比减小，这是由于气流速度增大改善了燃油雾化，从而降低了最小点火当量比。
为了详细研究压力对火焰传播的影响，采用高速相机对旋流器压降2%工况时，不同高度（6km、8km及10km）下的点火过程进行试验研究。图2显示了不同高度下五个不同时刻（火花放电时刻（t0），初始火核形成时刻（t1），火焰传播至相邻头部时刻（t2），火焰传播至靠近壁面头部时刻（t3）及五头部完全燃烧时刻（t4））的火焰图像。结果表明，在旋流器压降为2%时，不同压力下的火焰传播路径基本相似，即火焰首先在中心单头部传播并稳定在喷嘴附近，随后相邻头部的回流区捕捉已燃头部下游火焰，使得火焰同时传播至相邻头部，最终在五头部燃烧室内稳定燃烧。通过分析不同高度下，各个阶段的时间间隔发现，低压对点火过程的影响主要表现在初始火核形成及早期火焰传播（由单头部向三头部的联焰过程），而对后期火焰传播影响较小，这是因为低压会恶化燃油的雾化蒸发，随着燃烧室中引燃区域的增加，燃烧室温度升高，低压对燃油雾化蒸发的影响逐渐被燃烧室高温所改善，因此后期火焰的传播过程的时间差异较小。
基于上述常温低压下的试验结果，研究团队下一步将采用液氮换热构建低温环境，进一步研究低温低压对火焰传播过程的影响。
图1 不同高度下燃烧室点火边界（室温10℃）
图2不同高度下火焰传播过程（室温10℃）
新闻动态
