[發明專利]一種發動機燃燒室的等離子體助燃方法

有效

• 申請號: 201710469359.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107366928B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 何立明;陳一;鄧俊;雷健平;于錦祿;張華磊;陳高成;金濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種發動機燃燒室的等離子體助燃方法，將等離子體助燃激勵器安裝在發動機燃燒室外機匣上，通過等離子體助燃激勵器內預先產生化學活性粒子實現對航空發動機環形燃燒室、航空發動機環管型燃燒室、航空發動機加力燃燒室和地面燃氣渦輪發動機環形燃燒室的助燃。本發明能夠能夠提高發動機燃燒室的出口截面平均溫度和燃燒室燃燒效率、改善燃燒室出口溫度分布的不均勻性。本發明無需改變發動機燃燒室原有的結構，將等離子體助燃激勵器插入火焰筒內，避免了燃燒區域的高溫對激勵器的燒蝕，同時也減小了激勵器高壓電屏蔽的難度，保證了等離子體助燃激勵器的用電安全。

技術領域

本發明涉及航空發動機領域，具體是一種發動機燃燒室的等離子體助燃方法。

背景技術

隨著熱力機械的不斷發展，對發動機燃燒室的性能提出了更高的要求。在軍用航空發動機領域，為了大幅提高推重比或功重比，其燃燒室朝著高溫升和高穩定性的方向發展，要求發動機燃燒室無論在飛行高度變化、飛行速度變化以及發動機轉速變化等條件下均具有較大的溫升、較為寬廣的熄火邊界，同時確保燃燒室出口溫度場具有良好的品質。在民用航空發動機、地面燃氣輪機等領域，出于經濟性和環境保護的考慮，所以低耗油率和低污染燃燒是其燃燒室主要的發展方向，要求發動機燃燒室具有盡量高的燃燒完全度和盡可能少的污染物排放量。目前，國內外提高航空發動機燃燒室性能的主要技術途徑包括，多級旋流頭部技術、多環腔火焰筒技術、新型燃油噴嘴技術、多點噴射技術等。這些新技術主要基于現有燃燒室結構的改進和優化，難以滿足對航空發動機性能日益提高的要求，同時航空發動機燃燒室的結構越來越復雜也為加工帶來了難度。

等離子體助燃技術是提高航空發動機燃燒室性能的新型燃燒強化技術，它可以提高發動機燃燒室的燃燒效率、擴寬穩定燃燒范圍、改善燃燒室出口溫度分布的不均勻性、提高燃料燃燒的完全度、減小污染物的排放量。早在20世紀70年代就引起了各國專家的廣泛關注，國內外都已經開展了等離子體助燃激勵器的研制。

我國對等離子體助燃的研究較晚，主要處于在等離子體助燃的實驗室驗證階段。中國科學院工程熱物理所研制了值班火焰裝置并于2011年公開在公布號為103133144A的發明創造中，該值班火焰裝置是一種等離子體助燃激勵器，其結構如圖1所示，包括裸露電極1、掩埋電極2和絕緣錐罩3，其中，所述裸露電極位于絕緣錐罩的內側面，與交流電源的一端相連；所述掩埋電極掩埋于絕緣錐罩內部，與交流電源的另一端相連。該裝置通過對其周圍的空氣進行加熱，同時產生活性自由基，可以擴寬熄火邊界，增加燃燒的穩定性。該結構決定了這種實施等離子體助燃的方法需要在燃燒室的內部安裝等離子體助燃激勵器，其優勢是加熱的空氣和產生的活性粒子可以直接參與燃燒反應；但是其不利因素為，該方法使得等離子體助燃激勵器暴露于具有高溫高壓環境的燃燒室中，一方面高溫高壓和復雜的流場環境使得等離子體助燃激勵器難以保證其正常工作和使用壽命；其次燃燒室內的復雜結構也不利于等離子體助燃激勵器的供電線路的高壓電屏蔽。綜上所述，這種將等離子體助燃激勵器安裝到燃燒室內部實施等離子體助燃的方法在實際的工程中難以應用。

目前等離子體助燃激勵器還處在理論研究階段，較少考慮到如何將等離子體助燃激勵器應用于發動機燃燒室的具體實施方法，所以設計的助燃激勵器存在結構尺寸較大、產生的活性粒子不利于施加到燃燒室內以及缺乏高壓電屏蔽措施等問題，導致其無法應用在現有的發動機燃燒室上或將來的燃燒室設計中。

中國人民解放軍空軍工程大學在2017研制了圓管型等離子體助燃激勵器，包括介質阻擋放電的圓管型等離子體助燃激勵器和旋轉滑動弧放電的旋轉滑動弧等離子體助燃激勵器。其中所述的旋轉滑動弧等離子體助燃激勵器被公開在申請號為201710204625.3的發明創造中，該旋轉滑動弧等離子體助燃激勵器的結構如圖2所示。但是，該發明創造提出了一種以發動機燃燒室等離子體助燃為背景的用于產生化學活性粒子的等離子體助燃激勵器的裝置及其結構，并沒有提出完整的等離子體助燃激勵器應用于發動機燃燒室助燃的方法。

發明內容