“飓风”中的燃烧
航空发动机燃烧室点火原理解析
航空发动机是国之重器,是国家科技实力和创新能力的重要体现。中国航发坚持创新驱动发展,探索研发先进航空发动机技术,努力攻克更多关键核心技术,让中国的飞机用上更加强劲的“中国心”。
航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”,以涡轮喷气发动机为例,主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和排气装置等五部分构成。飞机在空中飞行时,环境中的空气经进气道进入压气机转变为高压高速气流,而后在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧,产生大量的高温燃气,推动涡轮旋转做功,向后方喷气,从而为飞机提供翱翔蓝天的动力。
![](http://www.caaeia.org.cn/upload/image/202405/BoFvpmRvMhtM0JQRUzEcaXpXBIQ61nOwR4qZNv1s.jpg)
在航空发动机中,燃烧室的温度最高、气流复杂,所处的工作环境极其恶劣,它所面临的最大难题就是如何在高速的气流中保证火焰不熄灭。
![](http://www.caaeia.org.cn/upload/image/202405/JvjDlCXIVv6PpwpnGo99g8JbIwSvBlrTYR6DXHnD.jpg)
你也曾体验过春节用火柴点燃烟花的喜悦吧?在无风或微风条件下,稳定的燃烧是一件容易的事。但当风大到一定程度,火柴便很容易熄灭,甚至打火机都会被吹灭。在航空发动机中,气流进入燃烧室前,其最大时速能达到三四百公里,而最强烈的12级台风时速也就是在130km/h左右,远小于燃烧室的进口气流速度,所以,想在燃烧室中保证火焰不熄灭,其难度不亚于在12级台风中让打火机持续燃烧。
那么航空发动机是如何保证火焰在“飓风”中不熄灭的呢?我们先来简单了解一下航空发动机燃烧室的基本结构。燃烧室主要由扩压器、燃烧室机匣、火焰筒、燃油喷嘴、旋流器及点火装置等构成。而扩压器和旋流器,正是燃烧室让“飓风”变为“和风”,使火焰不熄灭的秘密武器!
![](http://www.caaeia.org.cn/upload/image/202405/IpzMGT0ocDtfl9gbdrY3rAxcb5SDILCRTvLdJ479.jpg)
高速气流从压气机喷出后,首先进入扩压器进行第一次减速。扩压器的结构形式为环形的扩张通道,高速气流在通过扩压器后,其速度通常能降低到原来的三分之一。即使如此,气流速度仍然能达到100km/h左右。
这就要依靠旋流器,对气流进行第二次减速。前面介绍扩压器是通过扩张气流通道来实现减速的,而旋流器本身的尺寸相比于扩压器小了很多,没有办法通过扩张气流通道的方式来满足火焰不熄灭的要求,那它又是通过什么原理来实现气流的降速呢?——通过创造低速区。
不知道大家有没有甩过矿泉水瓶,当我们用手握住矿泉水瓶,然后用力一甩,会发现瓶中的水快速旋转了起来,而且会在中央产生一块没有水的区域。
![](http://www.caaeia.org.cn/upload/image/202405/UC358RoI2ql3tJ92zddfzdiZynvgXcrv61qFOT7T.jpg)
旋流器的降速原理与其类似,通常旋流器由多个以一定角度安装的叶片组成,从扩压器流出的气流进入旋流器后产生旋转,从而在旋流器的出口中心线附近产生了一块低速区。
要想使火焰稳定,必须在火焰筒内创造气流速度不大于火焰传播速度的区域,而在旋流器所产生的低速区中,就是满足这个条件的区域,喷入燃烧室的燃油可以在这些低速区域内持续稳定燃烧,实现了火焰“飓风中的燃烧”。
在燃烧室中保证火焰不熄灭只是航空发动机众多设计难题之一,摘下航空发动机这颗现代工业“皇冠上的明珠”,远比我们想象的要艰难,而在一代代航发人前赴后继、奋勇拼搏下,我国已经具备了先进航空发动机的自主研制能力,为我们的“战鹰”装上了强劲的“中国心”。
转载自中国航发公众号