CN106286063A - 一种压力雾化喷嘴性能指标的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空发动机燃油喷嘴设计技术领域，尤其涉及一种压力雾化喷嘴性能指标的确定方法。包括以下步骤：a、副喷雾锥角的确定：在50°～80°的范围内选择多个个不同角度的喷嘴，在地面慢车状态下进行熄火试验选取最佳值；b、副喷雾锥角的确定：按照火焰筒内回流区大小和位置计算出角度；c、副喷口流量数的确定；d、按照发动机最大状态的Fn/△P小于2.5；发动机巡航状态的Fn/△P小于13的原则下折中出主喷口的流量数；e、喷嘴雾化质量的确定；f、燃油总管流量分布不均度小于1.5～2.0％。本发明通过合理的试验和计算方法逐步确定各项性能指标，减少了研发过程中的反复和损失，从而缩短了研发的周期。

Description

一种压力雾化喷嘴性能指标的确定方法
技术领域
本发明属于航空发动机燃油喷嘴设计技术领域，尤其涉及一种压力雾化喷嘴性能指标的确定方法。
背景技术
压力雾化喷嘴的性能指标是指副喷雾锥角、主喷雾锥角、副喷口流量数、主喷口流量数、喷雾质量标准等。这些指标对燃烧室的综合性能有直接影响，这里包括点火性能、熄火性能、燃烧效率、出口温度场、积碳、冒烟和排气污染等。所以在燃烧室设计阶段，燃油喷嘴性能指标的确定是一个不可忽视的重要环节，如果指标选的不合适，不仅影响燃烧性能，而且还会影响燃烧室研发周期和研发成本，所以喷嘴性能指标的确定十分关键。
以往在燃烧室和燃油喷嘴设计中，对喷嘴性能指标的确定没有一个明确的方法，存在着明显的随意性和盲目性，致使在燃烧室研发过程中，往往会出现因喷嘴指标确定的不合理造成某些燃烧性能很差的情况，整个研发过程会出现大的反复，损失极大。
因此，必须分析研究一种确定压力雾化喷嘴性能指标的方法，保证燃烧室和燃油喷嘴的设计和制造更合理，减少研发过程中的反复和损失，从而保证在后续的使用过程中燃烧性能良好。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种性能指标确定程序清晰合理、研发周期短的压力雾化喷嘴性能指标的确定方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种压力雾化喷嘴性能指标的确定方法包括以下步骤，a、燃油喷嘴副喷雾锥角的确定：在50°～80°的范围内选择多个不同角度的喷嘴，在地面慢车状态下进行熄火试验，通过试验筛选选取最佳值；b、燃油喷嘴副喷雾锥角的确定：按照火焰筒内回流区大小和位置计算出主喷雾角的角度；c、副喷口流量数的确定：副喷口流量数的确定选取两种情况，其一，副喷口单独工作到发动机地面慢车状态，此时副喷口的流量数直接取慢车油量和慢车供油压力计算得到；其二，副喷口单独工作到发动机空中点火状态，此时副喷口的流量数取空中点火需要的油量和保证良好雾化的供油压力计算得到；d、主喷口流量数的确定：根据发动机的供油特性，按照发动机最大状态的主喷口流量数/主喷口供油压差小于2.5；发动机巡航状态的主喷口流量数/主喷口供油压差小于13；发动机慢车状态的主喷口流量数/主喷口供油压差小于51的原则下折中出主喷口的流量数；e、喷嘴雾化质量的确定：喷雾锥均匀对称，无油棱、无油道；副喷口扇形不均度小于15％；双喷口扇形不均度小于30％；喷雾的激光诊断的索太尔平均直径在35～200μmm范围内，发动机最大状态下索太尔平均直径小于40μmm；f、燃油总管流量分布不均度的确定：发动机最大流量状态下的总管流量不均度小于1.5～2.0％。
本发明的优点和积极效果是：通过合理的试验和计算方法逐步确定燃油喷嘴的各项性能指标，减少了研发过程中的反复和损失，从而缩短了研发的周期，并且保证了后续使用过程中良好的燃烧性能。
附图说明
图1是本发明中火焰筒回流区位置的示意图。
图中：1、进气涡流器；2、火焰筒；3、回流区边界；4、主喷雾锥角。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例详细说明如下：
本发明包括以下步骤：
a、燃油喷嘴副喷雾锥角的确定：副喷雾锥角主要影响燃烧室的贫油熄火和点火性能，小的副喷雾角对燃烧室的熄火和点火性能有利，一般都小于80°。在50°～80°的范围内选择几个不同角度的喷嘴，在地面慢车状态下进行熄火试验，通过试验筛选选取最佳值。
b、燃油喷嘴副喷雾锥角的确定：主要影响燃烧室的燃烧效率和出口温度场，所以它的大小取决于燃烧室回流区的大小和回流区的位置，因此需要按照火焰筒2内回流区边界3大小和位置计算出主喷雾角4的角度。
请参见图1，主喷雾锥角ALFA主＝2ALFAb＝arctg(bmax/Lbmax)
回流区边界3的尺寸和位置可以通过火焰筒3冷态三维数值模拟方法得到。对于火焰筒2头部进气涡流器1为单级叶片式涡流器的情况下，可用如下经验方法得到。
对于气流角α涡流器小于等于55°的涡流器时，
bmax＝Dft·sinα涡流器；
对于气流角α涡流器大于55°的涡流器时，
bmax＝Dft·(0.75-(1.35-sinα涡流器)2)0.5；
Lbmax＝0.45Dft
式中：
Δ＝10～30；
Dft---火焰筒直径；
DH涡流器—涡流器外径；
β—火焰筒头部燃烧碗锥角。
c、副喷口流量数的确定：副喷口流量数的确定选取两种情况，其一，副喷口单独工作到发动机地面慢车状态，此时副喷口的流量数直接取慢车油量和慢车供油压力(慢车状态副喷口供油压力/副喷口最大供油压力应大于0.24)计算得到；其二，副喷口单独工作到发动机空中点火状态，此时副喷口的流量数取空中点火需要的油量和保证良好雾化的供油压力(大于10kg/cm2)计算得到。采用后者方案可能会出现慢车状态下主喷口压力过低，喷雾质量差，慢车状态燃烧效率过低的现象。此时应当用不同流量数的副喷口进行空中点火试验和慢车状态的燃烧效率试验，之后在点火/熄火性能和慢车效率之间折中选取最佳的副喷口流量数。
d、主喷口流量数的确定：根据发动机的供油特性，按照发动机最大状态的Fn/△P小于2.5；发动机巡航状态的Fn/△P小于13；发动机慢车状态的Fn/△P小于51的原则下折中出主喷口的流量数。其中，Fn为主喷口流量数，△P为主喷口供油压差(Kg/cm2))，主喷口流量数Fn＝Q主/△P0.5，其中Q主为主喷口流量(升/时)。
e、喷嘴雾化质量的确定：喷雾锥均匀对称，无油棱、无油道；副喷口扇形不均度小于15％；双喷口扇形不均度小于30％；喷雾的激光诊断的索太尔平均直径(SMD)在35～200μmm范围内，发动机最大状态下索太尔平均直径(SMD)小于40μmm。
f、燃油总管流量分布不均度的确定：燃油总管的流阻分配不均匀，造成总管上的各个喷嘴的流量不均匀，这种不均匀直接影响燃烧室出口温度场。要求发动机最大流量状态下的总管流量不均度小于1.5～2.0％。
本发明通过合理的试验和计算方法逐步确定燃油喷嘴的各项性能指标，减少了研发过程中的反复和损失，从而缩短了研发的周期，并且保证了后续使用过程中良好的燃烧性能。

Claims (1)

1.一种压力雾化喷嘴性能指标的确定方法，其特征在于：包括以下步骤，
a、燃油喷嘴副喷雾锥角的确定：在50°～80°的范围内选择多个不同角度的喷嘴，在地面慢车状态下进行熄火试验，通过试验筛选选取最佳值；
b、燃油喷嘴副喷雾锥角的确定：按照火焰筒内回流区大小和位置计算出主喷雾角的角度；
c、副喷口流量数的确定：副喷口流量数的确定选取两种情况，其一，副喷口单独工作到发动机地面慢车状态，此时副喷口的流量数直接取慢车油量和慢车供油压力计算得到；其二，副喷口单独工作到发动机空中点火状态，此时副喷口的流量数取空中点火需要的油量和保证良好雾化的供油压力计算得到；
d、主喷口流量数的确定：根据发动机的供油特性，按照发动机最大状态的主喷口流量数/主喷口供油压差小于2.5；发动机巡航状态的主喷口流量数/主喷口供油压差小于13；发动机慢车状态的主喷口流量数/主喷口供油压差小于51的原则下折中出主喷口的流量数；
e、喷嘴雾化质量的确定：喷雾锥均匀对称，无油棱、无油道；副喷口扇形不均度小于15％；双喷口扇形不均度小于30％；喷雾的激光诊断的索太尔平均直径在35～200μmm范围内，发动机最大状态下索太尔平均直径小于40μmm；
f、燃油总管流量分布不均度的确定：发动机最大流量状态下的总管流量不均度小于1.5～2.0％。
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