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发动机燃烧室常见故障原因分析
蒋文华 084107202
0 引言
如今,越来越多的人们选择了坐飞机作为出行的交通工具。所以解决飞机安全性能是目前刻不容缓的课题。作为飞机的心脏,发动机是飞机的重要组成部件,而燃烧室又是发动机的重要组成部分。因此,我的论文是讨论发动机燃烧室在正常工作状态中所遇到的常见故障,并找出原因进行分析。
燃烧室是冲压发动机核心部件之一。燃料与获得减速增压的来流空气进入燃烧室后混合和燃烧,要求能最有效地把燃料中的化学能释放出来,转化为高温燃气的热能,以提高气流的作功能力。一般来说,燃气温度越高,单位质量工质作功的能力就越大。为了提高发动机的推力和效率,必然要保证燃烧室的正常工作。
如何保证燃烧室正常的工作,是现在国际社会各国所面临的问题。现在,飞机失事频频发生。其中,有环境因素,但更多的是来自于飞机本身的安全性能问题,归结为人为因素。都是在飞机起飞前,没有认真检测与维护,而导致惨剧发生。
因为,影响飞机故障的因素有很多,所以,在此我以发动机燃烧室为课题,找出常见的故障原因,从而进行分析,并找出解决的办法。以下是我的论文陈述。
1 燃烧室结构与原理
燃烧室的定义与概念
燃烧室是航空发动机三大部件之一,位于压气机和涡轮之间,用来将燃油中的化学能转变为热能,将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度,以便进入排气装置内膨胀作功。对燃烧室的主要要求是:燃烧效率高、燃烧稳定范围宽、总压损失小、出口温度分布均匀,在飞机的飞行包线内点火可靠,排气污染小,结构可靠,重量轻,寿命长等。
目前,燃烧室的设计仍然采用经验/分析相结合的方法。燃烧室的研究主要集中于提高燃烧效率、降低耗油率、研究新的冷却方法和冷却结构、增加燃烧室温升、延长燃烧室使用寿命、改善结构可靠性、耐久性和维修性以及减少污染排放。
燃烧室的结构
燃烧室的结构形式虽然多种多样,但它们都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器等组成。
现代先进燃烧室采用了新的技术和结构,其中包括浮壁式火焰筒、分区供油结构、分区燃烧结构、多孔层板发汗冷却、发散冷却和多基火焰筒冷却等。
浮壁结构:常规燃烧室由圆环轴向搭接起来,形成类似百叶窗的带缝型面,在开缝处射入冷空气以冷却火焰筒。造成火焰筒寿命过短的主要原因是圆环所受的应力太高。如果将圆环分段或分块,将使应力减小而寿命增加,而分块式结构又为使用其他材料创造了好机会,可以使用高熔点材料,并且使用了先进的冷却技术,使冷却效果更好。这种火焰筒就是浮壁式火焰筒。
分区供油结构:在高稳升燃烧室中,正常工作状态下主燃区的空气流量占大约50%,慢车功率状态时容易造成贫油熄火。分区供油是调节主燃区油气比比较简单的方法,它能在小功率状态下提供局部富油,确保发动机能正常工作。在这项技术中,起飞、高空点火和慢车状态工作条件下,将燃油用阀门有选择地和部分燃油喷嘴接通。在高于慢车功率的所有发动机功率输出时,可以打开所有的燃油喷嘴。
分区燃烧结构:双环腔燃烧室外环是预燃区,内环是主燃区。在起动、高空点火和慢车状态时,只有预燃区喷油工作,因为预燃区空气流速较低,适当富油以利于点火起动及慢车的燃烧效率。在大功率状态下,内外环腔都工作,使两个燃烧区在传统温升条件下提供贫油油气比,在高温升的条件下提供接近化学当量比的油气比。这种设计方法的优点是燃烧长度短。因为双环腔的特点,每个环腔在短的总长度之内就能获得满意的长度-头部高度关系。燃烧室前端是预燃区,后端是主燃区,分别带有喷嘴,工作方式与双环腔燃烧室类似。
燃烧室基本性能要求
根据燃气涡轮发动机工作的特点,对燃烧室的基本性能要求有:
(一)点火可靠,燃烧稳定
发动机在地面启动和空中启动时,都必须依赖点火装置进行点火,所以可靠的点火是发动机启动成功的基础。点火的可靠性主要取决于点火装置的工作、油气比和飞行条件(飞行速度、高度)。点火可靠性好的发动机应当是在较大的油气比范围和较宽的飞行范围和较宽的飞行范围内部都点火成功。在发动机正常工作中,是靠燃烧室内稳定的火焰前锋点燃新鲜混合气,从而释放放出燃料
化学能,所以稳定的燃烧是发动机产生连续推力的基础。
(二)燃烧完全
燃料完全燃烧时,燃烧产物中再无可燃性物质,化学能能完全释放,燃烧效率最高;当燃料不完全燃烧时,一方面燃烧效率降低。另一方面排气流中的中间燃烧产物还会带来排气污染。所以要求发动机尽可能燃烧完全。
(三)总压损失小
由于气流在燃烧室中的流动非常复杂,不可避免地存在摩擦、分离和涡流损失,从而使气流总压减小;同时因对气体加热,温度提高,也使气流总压减小,最终使气流膨胀、作功能力下降,发动机推力减小。所以应尽可能降低燃烧室中气流总压损失。
(四)排气污染少
排气污染主要是指排气流中的烟、氮氧