[发明专利]一种航空发动机燃烧室滑动弧等离子体值班火焰头部有效

专利信息
申请号: 202111216787.1 申请日: 2021-10-19
公开(公告)号: CN113898974B 公开(公告)日: 2022-10-04
发明(设计)人: 陈一;王宇;吴云;屈美娇;贾敏;宋慧敏;胡长淮;许书英 申请(专利权)人: 中国人民解放军空军工程大学
主分类号: F23R3/28 分类号: F23R3/28;F23R3/42
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 慕安荣
地址: 710038 陕西*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 航空发动机 燃烧室 滑动 等离子体 值班 火焰 头部
【说明书】:

一种航空发动机燃烧室滑动弧等离子体值班火焰头部,燃油喷嘴位于阴极套筒内。一级旋流器套装在阴极套筒上;阳极文氏管套装在一级旋流器上。导流套筒与文氏管安装座之间有二级旋流器。一级旋流器旋流叶片均布在内筒的外圆周上,并使各一级旋流器旋流叶片出气端方向与二级旋流器旋流叶片出气端方向相反。各级旋流器的气体来源均为燃烧室进口气体,无需外部引气;出气端方向相反的两级旋流叶片产生反向旋流,促进了燃油雾化,并使雾化、裂解后的燃油、空气和等离子体放电产生的活性粒子充分混合,提高了燃烧速率,改善了出口温度场品质,提高了航空发动机涡轮的使用寿命,具有结构简单、通用性强的特点,可完全匹配替换航空发动机原装的燃烧室头部。

技术领域

本发明涉及航空动力领域的等离子体助燃技术和等离子体液体燃料裂解技术,具体发明创造了一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体值班火焰头部。

背景技术

近年来,航空发动机燃烧室等离子体助燃技术受到国内外的广泛关注。等离子体燃料裂解是一种新型的等离子体助燃技术,即在燃料的流经区域实施等离子体放电(目前有介质阻挡放电或滑动弧放电等形式),放电过程中高能电子与燃料分子发生撞击,将燃料大分子的碳链打断成低碳链的小分子和活性粒子。一方面可以提高燃料与空气混合的均匀性;另一方面可以增大燃烧反应的速率,提高火焰的传播速度。从目前的研究结果来看,在航空发动机燃烧室实施等离子体燃油裂解助燃的优势有:提高燃烧速率和燃料燃烧的完全程度,明显增强火焰稳定性,缩短点火延迟时间,有效提高燃烧室的点火性能,同时也可以改善燃烧室出口均匀性,减少尾气中污染物的排放。

滑动弧放电作为产生等离子体的重要形式之一,在强化燃烧反应方面具有独特且显著的优势。开展滑动弧等离子体值班火焰头部在航空发动机燃烧领域的应用不仅是因为其电极结构简单、适应环境条件广,更重要是在放电过程中的裂解效应、化学效应、温升效应和气动效应能有效提高燃烧室内燃油燃烧质量。

由于等离子体点火助燃具有巨大的优势和前景,所以国内外都已经开展了相关方面的研究工作,与本发明存在一定相似的装置有如下几种:

2016年成都布雷德科技有限公司在公开号为CN105430863的发明创造中公开了一种基于滑动弧放电原理的等离子发生器(如图1所示),该等离子发生器被用于材料表面制备巴氏合金、搪瓷、陶瓷和非晶合金材料;2016年赣南师范学院在公开号CN106028616A的发明创造中公开了一种滑动弧放电等离子体射流发生装置及方法的专利(如图2所示),该装置被用于水体消毒杀菌及微生物的灭活处理。两装置结构简单,具有一定的应用价值。但由于其尺寸较大,且在电离过程中形成的活性粒子有限,导致不适合直接用于工作环境恶劣的航空发动机燃烧室。

2009年哈尔滨工程大学在公开号为CN101463763A的发明创造中公开了一种磁稳等离子流点火发生器(如图3所示),该等离子流点火发生器被用于地面燃气轮机和舰用燃气轮机燃烧室的等离子体点火;2017年中国人民解放军空军工程大学在公开号CN107420199A的发明创造中公开了一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体助燃激励器(如图4所示),此两种装置均采用射流点火的方法,在助燃方面的原理是将预先生成的活性粒子喷入燃烧室,由于活性粒子存在时间较短,射流点火会降低等离子体的利用率、大大降低助燃效果。

2018年中国人民解放军空军工程大学在公开号CN108180075A的发明创造中公开了一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体燃油裂解头部(如图5所示),该装置可完全匹配替换原装的燃烧室头部,且不改变原有燃烧室的结构特征。但该装置放电区域受流场影响较大,适应不同来流能力弱,且只有在燃油雾化锥角较大的条件下,才能保证有一定的燃油经过,导致燃油裂解效果不理想。

上述各发明创造中提出的等离子体点火或助燃器在工作时产生活性粒子少且利用率低,适应不同来流能力弱,不能对燃油进行裂解或者裂解效果不理想,不能适应新一代航空发动机燃烧室的拓宽点火边界和稳定燃烧范围的高要求。

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