蔡茂

（中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南株洲 412002）

燃燒室點(diǎn)火性能是燃燒室的重要性能之一，其影響因素很多，包括頭部流場(chǎng)、油霧場(chǎng)和點(diǎn)火器性能等[1]。文獻(xiàn)[2]使用數(shù)值計(jì)算方法研究了點(diǎn)火器性能（包括火核半徑、點(diǎn)火能量和點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間）對(duì)燃燒室點(diǎn)火性能的影響。文獻(xiàn)[3]針對(duì)某型燃燒室高空點(diǎn)火故障，從火焰筒頭部油氣匹配入手，通過渦流器流場(chǎng)試驗(yàn)以及渦流器加工分析，定位了故障原因。

本文以某渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室為平臺(tái)，研究了雙油路噴嘴的副油路噴口直徑和點(diǎn)火電嘴的火花能量對(duì)燃燒室高空點(diǎn)火性能的影響。

1.試驗(yàn)相關(guān)情況簡(jiǎn)介

1.1 試驗(yàn)件介紹

試驗(yàn)件主要由擴(kuò)壓器、外機(jī)匣組件、內(nèi)機(jī)匣組件、火焰筒、2套離心噴嘴（分別為噴嘴A和噴嘴B）、燃油總管及2套點(diǎn)火器（點(diǎn)火器H和點(diǎn)火器Q）組成，試驗(yàn)件見圖1。

圖1 試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)圖

兩個(gè)方案噴嘴的區(qū)別在噴口直徑，噴嘴A直徑較大，噴嘴B直徑較小。兩個(gè)方案的點(diǎn)火器區(qū)別在火花能量，點(diǎn)火器H火花能量較小，點(diǎn)火器Q火花能量較大。

1.2 測(cè)量裝置

（1）溫度及壓力采用測(cè)試探針測(cè)量。進(jìn)口壓力和溫度探針沿周向均勻分布，其中總壓與總溫探針各3支，每支2點(diǎn)。出口溫度探針采用3支5點(diǎn)熱電偶耙沿周向均勻分布。進(jìn)口及出口溫度、壓力探針周向分布如圖2～圖3所示。

圖2 進(jìn)口探針分布

圖3 出口探針分布

（2）空氣流量測(cè)量?？諝饬髁坎捎脴?biāo)準(zhǔn)流量噴嘴測(cè)量。

（3）燃油流量測(cè)量。燃燒室燃油流量采用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量。

1.3 參數(shù)測(cè)量精度

參數(shù)測(cè)量精度見表1，Pt3為進(jìn)口總壓，Tt3為進(jìn)口總溫，Tt4為出口總溫，Wa為空氣流量，Wf為燃油流量。

表1 參數(shù)測(cè)量精度表

2.試驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)量參數(shù)

高空點(diǎn)火試驗(yàn)方案如下：

（1）方案1：噴嘴A+點(diǎn)火器H；（2）方案2：噴嘴B+點(diǎn)火器H；（3）方案3：噴嘴B+點(diǎn)火器Q。

試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)進(jìn)口空氣至試驗(yàn)狀態(tài)要求參數(shù)，在保證進(jìn)口空氣參數(shù)不變的條件下，起動(dòng)點(diǎn)火電嘴，并開始采集燃燒室進(jìn)出口參數(shù)，3s后給燃燒室供油，供油的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，點(diǎn)火電嘴工作15s后停止工作[4]。

如果點(diǎn)火成功，則保持燃燒室進(jìn)口空氣參數(shù)不變，逐步減少燃油流量，繼續(xù)進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，直到點(diǎn)火不成功為止；如果點(diǎn)火不成功，則保持燃燒室進(jìn)口空氣參數(shù)不變，逐步增加燃油流量，繼續(xù)進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，直到點(diǎn)火成功為止，并錄取燃燒室進(jìn)出口參數(shù)、燃油供油參數(shù)、點(diǎn)火時(shí)間。

3.試驗(yàn)結(jié)果及分析

方案1、方案2和方案3的點(diǎn)火邊界見圖4，圖中縱坐標(biāo)為點(diǎn)火成功時(shí)的相對(duì)油氣比，橫坐標(biāo)為Vrθδ（Vrθδ=Vr×Tt3/288×Pt3/0.101325，Vr為火焰筒參考速度）。

圖4 燃燒室點(diǎn)火試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，方案2與方案3的點(diǎn)火邊界明顯優(yōu)于方案1，說明噴嘴的副油路特性對(duì)高空點(diǎn)火性能的影響很大。

噴嘴A和噴嘴B的霧化特性對(duì)比見圖5，隨著流量的增大，噴嘴A和噴嘴B的SMD均變小，在相同流量下，噴嘴B的SMD更小，霧化性能更優(yōu)，故在相同進(jìn)口條件下，噴嘴B更容易點(diǎn)火成功。圖6為噴嘴A和噴嘴B的流量特性對(duì)比，由于噴嘴2的噴口直徑更小，所以在相同流量下，噴嘴B的壓差更大，噴射速度更高，燃油在強(qiáng)壓和高速的共同作用下，攪拌和相互間的碰撞更為激烈，更容易產(chǎn)生小粒徑的燃油液滴，這就解釋了為什么噴嘴B的霧化優(yōu)于噴嘴A[5]。

圖5 改進(jìn)前后噴嘴霧化特性對(duì)比

圖6 噴嘴流量特性對(duì)比

由圖4可知，方案2和方案3的點(diǎn)火邊界相當(dāng)，所以在該燃燒室中，電嘴的火花能量對(duì)高空點(diǎn)火邊界影響不大。原因可能如下：（1）火花持續(xù)時(shí)間的影響。電嘴的火花能量雖然增大，但是火花持續(xù)時(shí)間并未發(fā)生變化，這可能會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火能量并未被油氣混合物充分吸收，火核就被冷氣吹走，所以雖然點(diǎn)火能量提升了，點(diǎn)火功率增大了，但由于作用時(shí)間短，導(dǎo)致油氣混合物對(duì)能量吸收不充分，導(dǎo)致點(diǎn)火無法成功。（2）燃燒室流場(chǎng)的影響。油氣混合物無法與電嘴形成的火核充分接觸，所以雖然點(diǎn)火能量增強(qiáng)了，但是熱量的傳遞出現(xiàn)了斷層，導(dǎo)致點(diǎn)火無法成功。

4.結(jié)論

（1）減小副油路噴口的直徑，能拓寬燃燒室的點(diǎn)火邊界，很好改地善燃燒室高空點(diǎn)火性能，其原因是：副油路噴口直徑減小，導(dǎo)致同流量下副油路壓差變大，從而改善副油路的霧化性能，使點(diǎn)火更加容易。（2）增大電嘴的火花能量對(duì)燃燒室高空點(diǎn)火邊界影響不大，其原因可能是：1）火花持續(xù)時(shí)間太短，限制了油氣混合物對(duì)火花能量的吸收；2）燃燒室流場(chǎng)的限制，導(dǎo)致火核向回流區(qū)的熱量傳遞形成了斷層。