APU环形燃烧室主燃区流动及燃烧特性研究

作     者：杨宇东 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘爱虢

授予年度：2022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：辅助动力装置 主燃区 喷嘴位置 涡流片 点火 

摘      要：辅助动力装置(APU)作为飞机的一个重要组成部分,市场价值十分可观。世界上大多数大型民用飞机和军用飞机的APU都来自于美国、俄罗斯等航空大国。而我国在APU的研制上起步较晚,具有我国自主知识产权的APU核心技术较少,与国外先进技术相比仍然存在一定的差距,急需深入开展相关的关键技术研究。本文以采用涡流片为头部装置的APU环形回流燃烧室为研究对象,采用数值方法对燃烧室内主燃区的流动及燃烧性能开展了研究,探究了这类燃烧室的流动及燃烧机理,以及不同结构在流场形成及燃烧组织方面的作用。研究了燃油喷嘴位置、涡流片及主燃孔等结构参数对主燃区内稳态流动及燃烧性能的影响,在此基础之上,进一步深入研究了火焰在环形回流燃烧室内部的动态发展过程,以及燃烧室结构参数对该类型燃烧室点火性能的影响。结果表明:该类型燃烧室主要通过火焰筒头部的圆环形结构、涡流片产生的周向旋转气流以及内外环主燃孔的对冲剪切气流组织主燃区流场。与燃油喷嘴安装在火焰筒头部相比,安装在外环壁面上有利于改善燃烧室的雾化及燃烧性能;喷嘴伸入深度与偏转角度具有最佳值,过大或者过小都不利于燃烧室的雾化和燃烧性能。依靠涡流片和内外环主燃孔的强剪切射流来组织流场的燃烧室结构,与仅依靠涡流片或主燃孔来组织流场的结构方案相比更有利于燃烧的组织;涡流片的数量具有最佳值,本文研究中最佳值为24片,太多或太少都不利于燃烧室的稳定燃烧;内外环主燃孔交错排列且内环主燃孔更靠近头部的布局方式更容易使内外环主燃孔气流发生对冲剪切,有利于该类型燃烧室的雾化性能以及燃烧性能。涡流片数量为24片、主燃孔中心位置交错排列且内环主燃孔靠近头部的燃烧室点火性能较优,初始火核最先进入主回流区,形成稳定的点火源。同时,该方案燃烧室的初始火焰轴、径向传播性能也优于其他方案。