航空发动机燃油喷嘴
燃油喷嘴的功用是将燃油雾化(或汽化),加速混合气形成,保证稳定燃烧和提高燃烧效率。航空发动机上采用的燃油喷嘴有离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴(又称蒸发管)和甩油盘式喷嘴等。
基本信息
- 中文名
航空发动机燃油喷嘴
- 外文名
Aeroengine fuel nozzle
- 学科
航空工程
- 领域
部件设计
- 目的
保证稳定燃烧和提高燃烧效率
简介
燃油喷嘴的功用是将燃油雾化(或汽化),加速混合气形成,保证稳定燃烧和提高燃烧效率。航空发动机上采用的燃油喷嘴有离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴(又称蒸发管)和甩油盘式喷嘴等。
离心喷嘴
燃油在油压作用下沿切线方向孔进入喷嘴内腔,高速旋转,从喷口喷出时,在离心力作用下雾化,形成旋转的圆锥油雾层,与来自涡流器的旋转气流相撞、混合,形成油气混合气。
在喷嘴喷油口面积不变的条件下,喷嘴出油量与供油压力的平方根成正比。目前燃油泵的最高压力约为10kPa,若保证燃油雾化的最低压力400kPa,则喷嘴允许的最大供油量约为最小供油量的5倍。然而,发动机在各种飞行条件和工作状态下,需用油量的变化范围比上述范围大得多。例如以低空最大速度飞行(或起飞时),其供油量约等于在高空以最小速度飞行时的10~20倍;如果把起动状态也估计在内,则供油量的变化可达40~50倍之多。因此,单油路离心喷嘴不能满足要求,在航空发动机上广泛采用双油路离心喷嘴。
离心喷嘴的特点
离心喷嘴可以使燃烧室在宽广的混合比范围内稳定燃烧、工作可靠、结构坚固、易于调试,所以广泛使用在分管和环管燃烧室上。但它要求供油压力高,存在高温富油区,容易造成发烟污染,而且在不同飞行条件下,燃烧室出口温度场变化较大,环形燃烧室的环形通道与喷嘴的圆锥形油雾也不匹配。因此,随着环形燃烧室的普遍采用和对环境问题的日益重视。这类喷嘴有被蒸发喷嘴和气动喷嘴取代的趋势。
气动喷嘴
气动喷嘴过去在加力预燃室中常常见到。其工作原理是使油膜与高速气流相互作用,在气动力作用下,使油膜破碎雾化,快速形成均匀良好的油气混合气。
气动喷嘴的特点
优点:
(1)油气混合均匀,避免了主燃区的局部富油区,减少了冒烟和积炭;
(2)火焰呈蓝色,辐射热量少,使火焰筒壁温较低;
(3)气动喷嘴不要求很高的供油压力,而且在较宽的工作范围内,喷雾锥角大致保持不变,所以容易使燃烧室出口温度场分布比较均匀、稳定。
缺点:
(1)由于油气充分掺混,贫油熄火极限大大降低,使燃烧室稳定工作范围变窄;
(2)在起动时,气流速度较低,压力较小,雾化不良。
蒸发喷嘴
在蒸发式燃烧室内,油气的混合提前在蒸发管内进行。燃油首先喷入处于高温燃气流中的、炽热的蒸发管内,迅速吸热并蒸发为燃油蒸气,与进入蒸发管内的少量空气初步混合成油气,然后从蒸发管喷入火焰筒的主燃区内,与大量空气混合后燃烧。