[發明專利]航空發動機燃油噴嘴結焦試驗裝置及熱流測量方法

有效

• 申請號: 201810239249.6
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108506097B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 龍琳;周偉星;昝浩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F02C7/22
• 分類號: F02C7/22;F02C7/224;F02C7/00;F02C9/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

航空發動機燃油噴嘴結焦試驗裝置及熱流測量方法，屬于噴嘴性能測試技術領域。本發明是為了解決沒有專門的試驗裝置測試燃油噴嘴的結焦性質的問題。其進氣系統能提供不同種類的一定壓力、溫度及流量的氣體，測控系統能對試驗參數即時反饋記錄并進行控制，加熱系統具有能夠提供微小結構高熱流密度的快速加熱的能力，背壓系統為噴嘴在特定的環境下提供穩定的工作環境，噴嘴系統模擬實際研究對象的燃油供給，可視化系統可滿足試驗所需的CCD高速攝像機、顆粒物等產物分布、PIV等光學診斷測試設備的使用。本發明用于燃油噴嘴結焦試驗。

技術領域

本發明涉及航空發動機燃油噴嘴結焦試驗裝置及熱流測量方法，屬于噴嘴性能測試技術領域。

背景技術

航空燃料燃燒時，航空發動機的高壓環境會造成燃油噴嘴處積碳，而影響發動機的安全運行和使用壽命。發動機燃燒室噴嘴嚴重積碳，使噴嘴的氣孔被堵，又造成噴嘴噴霧的角度不良、噴油不均勻，致使噴嘴噴出的燃油霧化質量差。燃油噴霧霧燭形狀的改變，會引起混合氣形成的惡化，使燃燒不均勻、火焰燃燒不穩定、連續性變差，進而導致收油門發動機空中熄火停車或冒煙，嚴重時還可能導致飛機墜毀或傷亡事件。因此噴嘴結焦的問題需要系統科學的研究。

發動機噴嘴內外表面產生的碳沉積與所處傳熱、流動與燃燒的多相耦合反應，以及運行工況密切相關，其內外表面沉積機理復雜，包括液相沉積機理、氣相沉積、固態沉積、連續成核理論和粘滯小滴機理等等多個機理共存并相互作用。同時，碳沉積又與噴嘴基底材料(催化生焦)及表面形貌(粗糙度越大越容易生焦)、燃油性能及溫度和壓力等影響因素密切相關。而目前工況范圍較寬，較為系統的噴嘴結焦試驗裝置幾乎沒有。

同時，積碳問題不僅是航空發動機的一個頑疾，也是所有碳氫燃料發動機存在的問題。如：汽/柴油發動機中氣缸、噴油嘴等處都易積碳。

發明內容

本發明目的是為了解決沒有專門的試驗裝置測試燃油噴嘴的結焦性質的問題，提供了一種航空發動機燃油噴嘴結焦試驗裝置及熱流測量方法。

本發明的一方面中，提供了一種航空發動機燃油噴嘴結焦試驗裝置，它包括進氣管、前支撐盤、石英腔、后支撐盤、多個熱變形緩沖器、散熱缸和尾管，

進氣管與前支撐盤的外凸端口通過法蘭盤連接，石英腔夾接在前支撐盤與后支撐盤之間，并且前支撐盤與后支撐盤之間通過多個熱變形緩沖器連接，散熱缸的一端連接在后支撐盤上，另一端與尾管的首端通過法蘭盤連接；進氣管、前支撐盤、石英腔、散熱缸和尾管的內部形成一連通的空腔；

前支撐盤的外凸端口側壁上設置進氣壓力溫度傳感器接口，進氣壓力溫度傳感器接口連接進氣溫度傳感器和進氣壓力傳感器；噴嘴燃油輸送管路由前支撐盤的外凸端口側壁通入空腔，并且末端連接噴嘴，噴嘴處于石英腔的中段，電磁感應加熱器的加熱線圈設置在石英腔外壁表面與噴嘴對應的位置；噴嘴表面的溫度通過設置在石英腔外面的紅外熱像儀測量；

散熱缸的上方側壁上連通生成物取樣管路與反應腔壓力傳感器通訊口，反應腔壓力傳感器通訊口連接反應腔壓力傳感器，散熱缸上方側壁上還連接防爆閥；散熱缸的下方側壁上連通氣液分離器和反應腔溫度傳感器通訊口，反應腔溫度傳感器通訊口連接反應腔溫度傳感器；

尾管的末端側壁上設置精密定壓閥和壓力表。

本發明的另一方面中，提供了一種航空發動機燃油噴嘴的熱流測量方法，它基于所述的航空發動機燃油噴嘴結焦試驗裝置實現，

在不通油的情況下，使電磁感應加熱器在功率Wi下對噴嘴加熱，同時采用紅外熱像儀測試噴嘴表面選定點的初始穩定溫度，計算所述初始穩定溫度與環境溫度的差值Ti，由差值Ti確定Wi-Ti損失曲線；

然后，進行通油實驗，對噴嘴燃油輸送管路通油，使電磁感應加熱器在功率Wj下對噴嘴加熱，同時采用紅外熱像儀測試噴嘴表面選定點的通油穩定溫度，再計算所述通油穩定溫度與環境溫度的差值Tj；