四冲程航空煤油发动机中低负荷燃烧特性试验研究

作     者：赵英博 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡春明

授予年度：2019年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：燃烧特性 爆震特性 四冲程 航空煤油 航空发动机 

摘      要：小型活塞式航空发动机,凭借其结构精简,成本低廉,功重比高等诸多优势占据了低功率飞行器的主流地位。航空煤油由于其闪点高,使用安全性能高等特点引起了民用航空领域的重视。但是航空煤油存在着粘度大,雾化困难等特点,在中低负荷工况下燃烧不稳定。此外,航空煤油的抗爆性较差,导致以火花塞点燃的方式极易产生爆震。因此研究活塞式航空煤油发动机中低负荷下的燃烧特性具有重要研究意义。本文基于一台四冲程航空煤油发动机,探究了喷油相位,燃油预热温度,混合气浓度,点火能量对航空煤油发动机中低负荷燃烧特性的影响,试验表明:喷射截止时刻向进气行程靠近能够降低发动机的循环波动率,提升指示平均压力,且存在最优的喷射截止时刻能够利用此款发动机燃烧室形状带来的湍动能优势,达到最佳的燃烧稳定性与动力性。随着燃油预热温度的提升,航空煤油燃烧的滞燃期逐渐缩短,快速燃烧期逐渐加快,提高了燃烧稳定性与发动机的做功能力。在当下的喷射技术前提下,航空煤油发动机更适合在较浓的混合气浓度下进行燃烧,且存在一个最优的混合气浓度λ=0.8使得燃烧稳定性与动力性达到最优。提高点火能量能够缩短燃烧滞燃期与快速燃烧期,提升发动机的动力性,但点火能量存在饱和值,达到饱和后,其对动力性的提升变得缓慢。利用三维谱阵图的分析方法探究了航空煤油的爆震特性,试验研究了双火花塞点火策略对爆震特性的影响。通过双火花塞同步相位点火试验发现此款发动机的爆震特征频带为8.0～14.8k Hz,推迟同步相位点火提前角降低了此款发动机在爆震特征频带内的整体放热率,达到了抑制爆震的作用,存在一个最优的同步点火提前角,使发动机工作于爆震边界状态,此时发动机动力性能最强。增大异步点火相位差能够有效降低发动机爆震特征频带内的异常放热现象,从而抑制发动机爆震,存在最优的异步点火相位使得发动机动力性最强且优于同工况同步相位点火策略。提高点火能量能够有效提升发动机的动力性能,但不能作为抑制爆震的主要手段。通过高能点火结合异步相位点火组合策略试验发现,此组合策略能够有效抑制爆震并显著提升发动机的动力性能。