[发明专利]航空发动机燃油喷嘴结焦试验装置及热流测量方法

说明书

航空发动机燃油喷嘴结焦试验装置及热流测量方法，属于喷嘴性能测试技术领域。本发明是为了解决没有专门的试验装置测试燃油喷嘴的结焦性质的问题。其进气系统能提供不同种类的一定压力、温度及流量的气体，测控系统能对试验参数即时反馈记录并进行控制，加热系统具有能够提供微小结构高热流密度的快速加热的能力，背压系统为喷嘴在特定的环境下提供稳定的工作环境，喷嘴系统模拟实际研究对象的燃油供给，可视化系统可满足试验所需的CCD高速摄像机、颗粒物等产物分布、PIV等光学诊断测试设备的使用。本发明用于燃油喷嘴结焦试验。

技术领域

本发明涉及航空发动机燃油喷嘴结焦试验装置及热流测量方法，属于喷嘴性能测试技术领域。

背景技术

航空燃料燃烧时，航空发动机的高压环境会造成燃油喷嘴处积碳，而影响发动机的安全运行和使用寿命。发动机燃烧室喷嘴严重积碳，使喷嘴的气孔被堵，又造成喷嘴喷雾的角度不良、喷油不均匀，致使喷嘴喷出的燃油雾化质量差。燃油喷雾雾烛形状的改变，会引起混合气形成的恶化，使燃烧不均匀、火焰燃烧不稳定、连续性变差，进而导致收油门发动机空中熄火停车或冒烟，严重时还可能导致飞机坠毁或伤亡事件。因此喷嘴结焦的问题需要系统科学的研究。

发动机喷嘴内外表面产生的碳沉积与所处传热、流动与燃烧的多相耦合反应，以及运行工况密切相关，其内外表面沉积机理复杂，包括液相沉积机理、气相沉积、固态沉积、连续成核理论和粘滞小滴机理等等多个机理共存并相互作用。同时，碳沉积又与喷嘴基底材料(催化生焦)及表面形貌(粗糙度越大越容易生焦)、燃油性能及温度和压力等影响因素密切相关。而目前工况范围较宽，较为系统的喷嘴结焦试验装置几乎没有。

同时，积碳问题不仅是航空发动机的一个顽疾，也是所有碳氢燃料发动机存在的问题。如：汽/柴油发动机中气缸、喷油嘴等处都易积碳。

发明内容

本发明目的是为了解决没有专门的试验装置测试燃油喷嘴的结焦性质的问题，提供了一种航空发动机燃油喷嘴结焦试验装置及热流测量方法。

本发明的一方面中，提供了一种航空发动机燃油喷嘴结焦试验装置，它包括进气管、前支撑盘、石英腔、后支撑盘、多个热变形缓冲器、散热缸和尾管，

进气管与前支撑盘的外凸端口通过法兰盘连接，石英腔夹接在前支撑盘与后支撑盘之间，并且前支撑盘与后支撑盘之间通过多个热变形缓冲器连接，散热缸的一端连接在后支撑盘上，另一端与尾管的首端通过法兰盘连接；进气管、前支撑盘、石英腔、散热缸和尾管的内部形成一连通的空腔；

前支撑盘的外凸端口侧壁上设置进气压力温度传感器接口，进气压力温度传感器接口连接进气温度传感器和进气压力传感器；喷嘴燃油输送管路由前支撑盘的外凸端口侧壁通入空腔，并且末端连接喷嘴，喷嘴处于石英腔的中段，电磁感应加热器的加热线圈设置在石英腔外壁表面与喷嘴对应的位置；喷嘴表面的温度通过设置在石英腔外面的红外热像仪测量；

散热缸的上方侧壁上连通生成物取样管路与反应腔压力传感器通讯口，反应腔压力传感器通讯口连接反应腔压力传感器，散热缸上方侧壁上还连接防爆阀；散热缸的下方侧壁上连通气液分离器和反应腔温度传感器通讯口，反应腔温度传感器通讯口连接反应腔温度传感器；

尾管的末端侧壁上设置精密定压阀和压力表。

本发明的另一方面中，提供了一种航空发动机燃油喷嘴的热流测量方法，它基于所述的航空发动机燃油喷嘴结焦试验装置实现，

在不通油的情况下，使电磁感应加热器在功率Wi下对喷嘴加热，同时采用红外热像仪测试喷嘴表面选定点的初始稳定温度，计算所述初始稳定温度与环境温度的差值Ti，由差值Ti确定Wi-Ti损失曲线；

然后，进行通油实验，对喷嘴燃油输送管路通油，使电磁感应加热器在功率Wj下对喷嘴加热，同时采用红外热像仪测试喷嘴表面选定点的通油稳定温度，再计算所述通油稳定温度与环境温度的差值Tj；