极端条件下的航空发动机点火机理及不同产地RP-3航空煤油影响规律的研究

The ignition mechanism of the aero-engine combustor under extreme conditions is one of core problems in current aviation engine combustion field, which is conformed to the scientific goal of the major research project - "the basic research of turbulent combustion oriented engine ".At present, the research on ignition of aero-engine combustor is emphasized on engineering test and conventional condition, nevertheless, the ignition mechanism under extreme conditions is rarely revelation, while the impact of different kerosene on the ignition is also lack of areness. Based on the above problems, study of new method of engine test, kerosene component analysis and simulation of ignition behavior will be carried out, which will make the ground simulation of aero-engine under extreme conditions, optical measurement of ignition and flame propagation in combustor and mass spectrometry analysis of complex fuel system come true. Further, the effects of extreme conditions on oil and gas mixing, ignition delay, heat release, flame propagation and other factors will be revealed. Also, the difference of combustion characteristics of RP-3 kerosene from different origins and its influence on ignition process will be obtained. At last, an ignition prediction method applied to the design of combustion chamber will be formed, ultimately serve in advanced aero-engine combustor design.

航空发动机燃烧室在极端条件下点火机理的研究是当前航空发动机燃烧领域的核心问题之一，符合“面向发动机的湍流燃烧基础研究”重大研究计划的总体科学目标。而当前航空发动机燃烧室点火问题的研究偏重于工程试验和常规条件，缺乏对极端条件下点火机理的揭示，同时对于不同产地煤油的影响也缺乏认识。针对以上问题，本课题拟在发动机试验、煤油组分分析、点火数值模拟等方面开展新方法的研究，以实现航空发动机在极端条件下的地面模拟、燃烧室内燃料点火和火焰传播过程的光学测量以及复杂燃油体系质谱分析等目标。揭示极端条件对油气掺混、点火延迟、反应释热、火焰传播等因素的影响规律与作用机制，获得不同产地RP-3煤油燃烧特性差异及其对点火过程的影响规律，形成可应用于燃烧室设计的点火预估方法，服务于先进航空发动机燃烧室设计工作。

项目重点针对航空发动机主燃烧室极端工作条件下的点火机理开展研究，目标是解决当前航空发动机燃烧室点火问题的研究偏重于工程试验和常规条件，缺乏对极端条件下点火机理的揭示，国产RP-3航空煤油化学动力学缺乏，点火过程和点火特性数值仿真方法精度和效率较低的问题。通过研究发展了航空煤油组分的分析方法，完成了不同产地航空煤油组分分析，通过试验分析其组分构成不同组分构成对油气掺混、点火延迟、反应释热、火焰传播等因素的影响规律与作用机制，初步构建了可用于主燃烧室数值仿真的国产RP-3煤油化学反应动力学模型，并应用到燃烧室点火过程的数值仿真中。研究中完成了航空发动机极端条件下的航空煤油点火试验研究和地面模拟方法研究，完成了不同产地航空煤油对主燃烧室点火性能影响的对比研究，初步掌握燃料的理化特性对燃烧室点火性能的影响规律；同时采用数值仿真和试验验证相结合的方法，发展了工程适用的主燃烧室点火过程数值模拟方法，构建了基于概率预测模型的燃烧室点火预估方法，初步验证了其工程适用性，有效的指导了先进航空发动机主燃烧室方案的设计和点火性能的评估。研究过程中共发表论文29篇，其中SCI论文其中SCI索引论文17篇，后续相关成果将逐步实现在工程设计单位中的集成应用和推广，有效提升数值仿真方法对航空发动机燃烧室设计的指导。