涡轮内补燃增推的热力循环性能与燃烧机理的关键技术研究

利用增加涡轮通道内的燃气温度，在理论上是可以改善热力循环性能，达到增推提效的目的；但由于涡轮通道内燃烧流场处在跨声速高加速短距离流动状态下，给燃料掺混和火焰稳定带来了相当的困难；而高速凹腔稳焰技术具有对强化掺混、稳定火焰提高燃烧性能的突出优越性，因此本项目提出了一种基于涡轮内补燃增推循环并耦合凹腔稳焰技术：在涡轮通道内采用燃烧环，以凹腔供油切向补气构成流场主动控制模式的周向燃烧流动，改善掺混效果和延长燃烧滞留时间，建立涡轮内三凹结构的径向稳焰-周向燃烧-轴向流动的构想，实施高效燃烧的新概念与补燃加力增推方法，从而实现既提高燃气涡轮性能又提高推重比的目的。本项目拟解决的主要关键技术有：热力循环性能模型、超紧凑组织燃烧与流动机理。

完成了涡轮燃烧的系统框图定义与研究方案的研究与总结工作。开展了涡轮内补燃循环发动机热力性能分析模型与计算方法的研究，以及OOP模块程序设计；并在此基础上对涡轮内补燃循环发动机热力性能分析核心程序进行软件化集成，编写出一款热力性能分析软件。设计了涡轮内补燃室的燃烧环及叶片的结构，同时研究了三凹结构流场特性与三区梯度燃烧的机理；详细探索了燃烧环及叶片结构对燃烧的影响。进行了涡轮内燃烧射流涡流方案的燃烧机理研究，提出了强化火焰稳定和促进掺混的二次流双效主动控制原理。得出结论是涡轮内增燃技术具有提高传统涡轮发动机总体性能的潜在优势，是未来航空发动机高效增推的可实现性技术方向，对涡轮燃气轮机的发展具有重大意义。