免费论文：喷油稳定一体化的先进火焰稳定器研究

火焰稳定器是加力燃烧室的重要组件，其设计好坏直接关系到加力室能否高效稳定燃烧，从而对发动机性能有重要影响。为了满足未来高性能发动机要求，能在大范围内高效稳定加力燃烧，需要发展火焰稳定器设计技术。在航空发动机预研项目支持下，本课题发展了一种新型的喷油稳定器一体化稳定器——尾缘吹气式稳定器。它结合了气动与机械稳定的优点，采用流线型头部，小槽宽，冷阻小；稳定器混合腔内供油，气动雾化，尾缘吹油气混气跨流入主气流，少量直接喷入回流区，燃烧效率有明显提高。 首先，本文在前期研究的基础上以面向应用为目标对尾缘吹气式稳定器进行了新的结构设计，设计了不同缝宽、不同后体角、不同喷口形状以及采用回流区局部供油技术的尾缘吹气式稳定器，以便研究稳定器结构对燃烧性能的影响。其次，利用二维PDA仪器对静态下稳定器内置喷油杆的雾化场和不同结构稳定器尾缘射流的雾化场进行了测试；采用激光粒度分析仪在模拟的高速来流状态下对不同结构稳定器尾缘射流的雾化场进行了实验研究。探讨影响雾化特性的诸因素，表明：尾缘吹气式稳定器具有四次雾化过程可以提高雾化质量；吹气量是决定喷油杆和稳定器尾缘射流雾化的关键参数，气量较大则雾化效果较好；在气量一定情况下，尾缘缝宽、后体角直接影响稳定器射流雾化质量；适当缝宽和后体角可以提高雾化质量从而有助于燃烧；在有来流情况下，采用回流区局部供油技术可以有效提高回流区雾化质量。在雾化研究基础上，本文在部分接近真实加力状态下对尾缘吹气式稳定器的燃烧性能进行了试验研究，重点探讨了稳定器燃烧效率、流阻损失和贫熄边界特性，并与槽宽大50%的V型稳定器进行了对比。综合试验结果，分析了稳定器结构（缝宽、后体角和喷口形状）和油气匹配（回流区局部供油、供油稳定一体化设计和射流当量比）对燃烧性能的影响。试验结果表明尾缘吹气式稳定器冷阻损失较小；尾缘射流喷口缝宽、后体角直接影响总压损失和贫熄边界；合理的缝宽或后体角可以使得稳定器贫熄边界优于槽宽大50%的V型稳定器；其燃烧效率明显优于普通V型稳定器；通过改善缝宽、后体角、喷口形状和采用局部供油技术可以进一步提高尾缘吹气式稳定器的燃烧效率；稳定器存在着最佳射流当量比。 同时尾缘吹气式稳定器可以有效地降低稳定器在高温来流中的壁温，其壁面温降随着稳定器内供气量的增加而增加。尾缘吹气稳定器冷却效果与稳定器缝宽有密切关系。缝宽较小的稳定器冷却效果较好。 本文还对尾缘吹气式稳定器的流动与燃烧进行了数值模拟，研究了射流速度、后体角和缝宽对稳定器时均流场的影响；进一步研究了射流速度对稳定器瞬态涡脱落的影响；并针对燃烧试验，模拟了不同射流当量比、不同缝宽、不同后体角的燃烧效率，与试验结果趋势相一致，计算验证了尾缘吹气式稳定器不同结构对燃烧性能的影响。 本文的研究结果表明，尾缘吹气式稳定器作为喷油稳定一体化的稳定器，结合了气动和机械稳定的优点，是一种高效低阻的火焰稳定器，在使用条件下进一步验证后有希望用于加力燃烧。 最后应该指出尾缘吹气式稳定器需要由压气机供气（2%左右）；需要增加系统和结构重量，因此能否应用还需要权衡利弊，有待进一步研究。

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