[科普中國(guó)]-加力燃燒室預(yù)燃系統(tǒng)

加力燃燒室預(yù)燃系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)加力燃燒室時(shí)，迅速、安全、可靠地點(diǎn)燃加力燃燒室的油氣混合氣。加力燃燒室點(diǎn)火方式一般有電嘴點(diǎn)火、催化點(diǎn)火、熱射流點(diǎn)火三種。

簡(jiǎn)介加力燃燒室預(yù)燃系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)加力燃燒室時(shí)，迅速、安全、可靠地點(diǎn)燃加力燃燒室的油氣混合氣。加力燃燒室點(diǎn)火方式一般有電嘴點(diǎn)火、催化點(diǎn)火、熱射流點(diǎn)火三種1。

預(yù)燃室點(diǎn)火系統(tǒng)WP6發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室的預(yù)燃室固定在擴(kuò)壓器段整流錐內(nèi)，由外、內(nèi)錐體，內(nèi)、外壁，點(diǎn)火電嘴，導(dǎo)流板和火焰噴口等組成。內(nèi)、外錐體構(gòu)造出非葉片式渦流器;內(nèi)、外壁之間是助燃冷卻的二股氣流通道，內(nèi)壁上兩排交錯(cuò)的16個(gè)小孔使二股氣流進(jìn)入預(yù)燃室。當(dāng)接通加力時(shí)，用專(zhuān)門(mén)的汽化器形成混合氣，輸入預(yù)燃室，經(jīng)過(guò)內(nèi)、外錐體組成的環(huán)形氣流通道后，截面突然擴(kuò)張，在預(yù)燃室頭部?jī)?nèi)錐體后的凹面內(nèi)形成強(qiáng)烈的渦流;用電嘴點(diǎn)燃后，.火舌從預(yù)燃室噴出，點(diǎn)燃后輸油圈上兩個(gè)噴嘴噴出的燃油，形成中心火焰穩(wěn)定區(qū)，然后火焰經(jīng)V形支柱點(diǎn)燃環(huán)狀火焰穩(wěn)定器遇流區(qū)的混合氣。經(jīng)過(guò)8.5~14s后，在加力燃燒室內(nèi)已形成穩(wěn)定的點(diǎn)火源，預(yù)燃室便自動(dòng)停止工作。為了保證預(yù)燃室可靠工作，用導(dǎo)管引進(jìn)燃燒室的二股氣流，對(duì)預(yù)燃室后段及噴口進(jìn)行冷卻;噴口內(nèi)、外表面涂有耐高溫琺瑯徐層。改進(jìn)后的預(yù)燃室，在出門(mén)處設(shè)置導(dǎo)焰板，把火焰引導(dǎo)到環(huán)狀火焰穩(wěn)定器附近，以保證點(diǎn)火可靠2。

火舌點(diǎn)火系統(tǒng)火舌點(diǎn)火系統(tǒng)又稱(chēng)為熱射流點(diǎn)火系統(tǒng)。當(dāng)開(kāi)動(dòng)加力燃燒室時(shí)，由專(zhuān)門(mén)的附件將附加的燃油噴入主燃燒室中的某個(gè)火焰筒內(nèi)，這股附加燃油形成的火焰穿過(guò)渦輪，點(diǎn)燃加力燃燒室的混合氣。

這種點(diǎn)火方式的優(yōu)點(diǎn)是:點(diǎn)火能量大，高空性能好，迅速可靠，不增添附加構(gòu)件，只要主燃燒室不熄火就總能可靠點(diǎn)燃。

缺點(diǎn)是:火舌傳遞路程遠(yuǎn)，流程復(fù)雜，尤其在穿過(guò)多級(jí)渦輪時(shí)，受到強(qiáng)烈的擾動(dòng)，在調(diào)試加力燃燒室時(shí)相應(yīng)地要作大量的點(diǎn)火試驗(yàn)。

AJI-31φ發(fā)動(dòng)機(jī)的加力預(yù)燃裝置采用火舌點(diǎn)火系統(tǒng)。由于AJI-31φ發(fā)動(dòng)機(jī)是雙涵道發(fā)動(dòng)機(jī)，有內(nèi)外涵道混合器。氣流混合后，加力燃燒室進(jìn)口的燃?xì)鉁囟却蟠蠼档停o加力燃燒室的起動(dòng)增加了很大困難。如果仍然采用電嘴點(diǎn)火，則所需的電嘴功率特別大，并需要笨重的大功率設(shè)備支持。另外在混合器后設(shè)加力預(yù)燃室，會(huì)額外增加流通阻力;氣流必須繞流，增加了流動(dòng)損失。但是火舌點(diǎn)火時(shí)，火焰要穿過(guò)渦輪，所以對(duì)渦輪葉片的強(qiáng)度有影響。AJI-31φ中發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪靜子和轉(zhuǎn)子葉片是定向凝固的單晶葉片，因而具有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備作保證?；鹕帱c(diǎn)火系統(tǒng)采用脈沖點(diǎn)火，脈沖作用時(shí)間很短，僅為0.3±0.1s2。

催化點(diǎn)火器催化點(diǎn)火方式也是適用于雙涵道發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外涵道混合器后的加力燃燒室的起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)。

WS9發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室采用催化點(diǎn)火方式。催化點(diǎn)火是利用鉑能吸附氧氣和氫氣的特性，使點(diǎn)火用的混合氣借鉑銠絲網(wǎng)的催化作用，在較低溫度下點(diǎn)燃。

WS9發(fā)動(dòng)機(jī)的催化點(diǎn)火器的示意圖

WS9發(fā)動(dòng)機(jī)的催化點(diǎn)火器位于擴(kuò)壓器中心。它包括文氏管及其喉部的噴油裝置、催化元件和整流錐。當(dāng)接通加力時(shí)，點(diǎn)火用的燃油分為兩路，一路約占有1/300(因流量很小，故蒸發(fā)為油氣)，從噴口噴出，與空氣混合成約400℃的油氣，經(jīng)擴(kuò)壓減速后，沿陶瓷圓盤(pán)上的小孔，通過(guò)多層鉑銠絲網(wǎng)構(gòu)成的杯形催化層，形成火焰，并點(diǎn)燃第二路燃油，形成強(qiáng)大的火舌，借溝通各穩(wěn)定器的傳焰肋。點(diǎn)燃穩(wěn)定器后的混合氣，形成穩(wěn)定的火焰。

WS9發(fā)動(dòng)機(jī)的催化點(diǎn)火器特點(diǎn)這種點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較輕，點(diǎn)火方便，但鉑銠絲價(jià)格昂貴，易受污染而失效，影響工作可靠性。

與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加力相比，混合加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)是加力燃燒室的壓力脈動(dòng)會(huì)通過(guò)外涵傳至風(fēng)扇。引起風(fēng)扇甚至整個(gè)壓氣機(jī)喘振。因此，要求使用加力，以及加力由小變大的整個(gè)過(guò)程中壓力變化要非常平穩(wěn)。為此，在噴油和點(diǎn)火方面采用了以下結(jié)構(gòu)措施:

（1）采用值班火焰穩(wěn)定器，實(shí)行軟點(diǎn)火，即先在穩(wěn)定器內(nèi)部供油點(diǎn)火，然后再在整個(gè)加力燃燒室分區(qū)起動(dòng)。

（2）采用分區(qū)、分壓供油，保證供油量均勻變化，避免壓力脈動(dòng)，并可使發(fā)動(dòng)機(jī)推力連續(xù)可調(diào)。

（3）為了防止點(diǎn)火未成前就大量供油，在有些發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了點(diǎn)火檢測(cè)器和噴口隨動(dòng)機(jī)構(gòu)。前者是加力燃燒室噴油的聯(lián)鎖裝置，后者是當(dāng)加力燃燒室內(nèi)出現(xiàn)壓力脈動(dòng)時(shí)，迅速改變噴口面積，消除擾動(dòng)1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所