[發明專利]航空發動機燃燒室的旋轉滑動弧等離子體燃油裂解頭部

有效

• 申請號: 201711344497.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108180075B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 何立明;陳一;費力;鄧俊;雷健平;代勝吉;張華磊;陳高成
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: F02C7/00
• 分類號: F02C7/00;F23R3/42;H05H1/34;B04C5/107;B04C5/103
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種航空發動機燃燒室的旋轉滑動弧等離子體燃油裂解頭部，旋流器的兩個端面分別與陽極文氏管上的旋流器前端安裝槽和喇叭口安裝座上的旋流器后端安裝槽連接。喇叭口安裝座與發動機燃燒室火焰筒頭部支承面配合。外層喇叭口裝入喇叭口安裝座的安裝槽內，陰極內層喇叭口與喇叭口安裝座的內表面貼合。陽極文氏管位于航空發動機燃燒室火焰筒內。電纜的一端安裝在所述陽極文氏管上，另一端接電源。本發明能夠提高燃料與空氣混合后的均勻性，產生可以加速燃燒化學反應的活性粒子，從而解決航空發動機在特殊條件下燃燒效率低、貧油熄火、高空點火、燃燒室出口溫度場不均勻的問題，具有能高效裂解燃油、產生大量的活性粒子、結構簡單、通用性強的特點。

技術領域

本發明涉及航空動力領域的等離子體助燃技術和等離子體液體燃料裂解技術，具體是一種航空發動機燃燒室旋轉滑動弧等離子體燃油裂解頭部。

背景技術

近年來，航空發動機燃燒室等離子體助燃技術受到國內外的廣泛關注。等離子體助燃技術的優勢已經得到了大量研究人員的認可，從目前的研究結果來看，航空發動機燃燒室實施等離子體助燃的優勢有：提高燃燒效率、擴寬穩定燃燒范圍、改善出口溫度場品質、減小污染物排放等。國內外對等離子體助燃技術的研究主要是利用氣體在等離子體助燃激勵器放電中的熱電離、光電離、裂解等過程，形成具有化學活性的粒子如氧原子、臭氧、離子和活性基團等參與燃燒反應、增加氣體溫度和湍流度，以提高燃燒的化學反應速率。目前已有的將等離子體注入航空發動機燃燒室的方案主要有兩種，即預先生成等離子體后噴入燃燒室火焰筒的方案和在燃燒室內加入等離子體助燃激勵器直接生成等離子體的方案。2016年空軍工程大學何立明團隊研制了一種航空發動機燃燒室旋轉滑動弧等離子體助燃激勵器，在國內首次將等離子體助燃技術應用于現有航空發動機燃燒室，并取得了成功。試驗表明，實施等離子體助燃后，在偏富油的條件下燃燒效率的增量約為2.75％；而大流速條件下貧油熄火邊界擴寬超過 20％。

等離子體燃料裂解是一種新型的等離子體助燃技術，它在提高燃燒效率、擴寬穩定燃燒范圍、改善出口溫度場品質、減少污染物排放等方面具有巨大的優勢和前景。等離子體燃料裂解的基本原理為：在燃料的流經區域實施等離子體放電目前有介質阻擋放電或滑動弧放電等形式，放電過程中高能電子與燃料分子發生撞擊，將燃料大分子的碳鏈打斷成低碳鏈的小分子和活性粒子。一方面可以提高燃料與空氣混合的均勻性；另一方面可以增大燃燒反應的速率，提高火焰的傳播速度。2005年中國科學院力學研究所研制了一種用于超聲速燃燒試驗臺的煤油加熱系統并申請了專利，如圖1所示，公開號為CN 1687661A。該裝置通過兩級加熱系統將航空煤油進行快速裂解，大大減輕結碳的聚集與沉淀。2016年北京神霧環境能源科技集團股份有限公司研制了一種熱等離子體裂解煤制乙炔的反應器并申請了實用新型專利，如圖2所示，公開號為CN 206082476U。該裝置利用等離子體將煤制取乙炔，可以提高原煤轉化率以及能量利用率。

但是，由于航空發動機燃燒室具有結構復雜，工作條件惡劣等特點，目前國內外尚沒有一種應用于航空發動機燃燒室的燃油裂解助燃激勵器，更沒有將等離子體燃油裂解激勵器與航空發動機燃燒室頭部結合的先例。所以本發明的一種航空發動機燃燒室旋轉滑動弧等離子體燃油裂解頭部來源于航空發動機工程應用實際相關的問題。

發明內容

為滿足先進航空發動機燃燒室對寬穩定燃燒范圍、高燃燒效率、良好出口溫度場分布以及低污染物排放的迫切需求，本發明提出了一種航空發動機燃燒室的旋轉滑動弧等離子體燃油裂解頭部。

本發明中，包括燃油噴嘴、陶瓷制作的旋流器、陽極文氏管、電纜、喇叭口安裝座、外層喇叭口和陰極內層喇叭口；所述旋流器的一個端面嵌裝在所述陽極文氏管的旋流器前端安裝槽內；該旋流器的另一個端面嵌裝在所述喇叭口安裝座的旋流器后端安裝槽；所述喇叭口安裝座后端端面處的外表面與航空發動機燃燒室火焰筒的火焰筒頭部支承面配合；所述的外層喇叭口等徑段裝入位于喇叭口安裝座上的外層喇叭口安裝槽內；所述的陰極內層喇叭口等徑段的外表面與所述喇叭口安裝座的內表面貼合，并使該陰極內層喇叭口的內表面與喇叭口安裝座端口內的圓弧面光滑銜接。