空氣煤油燃?xì)獍l(fā)生器的研究

空氣煤油燃?xì)獍l(fā)生器的研究

0總結(jié)燃料中毒是一項(xiàng)需要改進(jìn)和開發(fā)的動(dòng)詞。1氣發(fā)生器原理樣機(jī)空氣/煤油燃?xì)獍l(fā)生器具備富氧和富燃兩種工作模式,設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。燃?xì)獍l(fā)生器原理樣機(jī)結(jié)構(gòu)形式見圖1,主要由噴注器、點(diǎn)火段、身部直筒段、身部折角段以及燃燒室等構(gòu)成。由于空氣/煤油推進(jìn)劑組合屬于非自燃推進(jìn)劑,因此設(shè)置兩路電火花點(diǎn)火器(冗余)。燃?xì)獍l(fā)生器采用雙路燃油噴嘴2試驗(yàn)結(jié)果考核空氣/煤油燃?xì)獍l(fā)生器經(jīng)歷十多輪狀態(tài)調(diào)整及地面熱試車,逐步實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火以及再起動(dòng)點(diǎn)火,點(diǎn)火成功率和性能不斷提高,最終通過單機(jī)考核。考核表明燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火可靠,燃?xì)鈮毫?、溫度和流量等參?shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。隨后與渦輪等裝置進(jìn)行地面聯(lián)動(dòng)試驗(yàn),考察燃?xì)獍l(fā)生器與渦輪、控制器的工作匹配性和功率輸出特性,驗(yàn)證了系統(tǒng)功能。圖2為燃?xì)獍l(fā)生器單機(jī)試驗(yàn)點(diǎn)火照片,聯(lián)試時(shí)主要測(cè)量參數(shù)見表2。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1燃?xì)獍l(fā)生器富氧工作模式動(dòng)態(tài)特性燃?xì)獍l(fā)生器實(shí)現(xiàn)富氧模式工作,實(shí)測(cè)燃?xì)鈮毫?.8MPa,燃?xì)鉁囟葹?50℃,最大輸出功率為18kW。圖3為聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)燃?xì)獍l(fā)生器富氧工作模式的試驗(yàn)曲線,試驗(yàn)程序時(shí)間15s,負(fù)載功率由20kW下調(diào)到15kW,燃?xì)獍l(fā)生器再起動(dòng)1次。從圖3中可見:燃?xì)獍l(fā)生器富氧點(diǎn)火響應(yīng)時(shí)間1.2s左右,渦輪達(dá)到60%額定轉(zhuǎn)速時(shí)間不超過2s。另外,燃?xì)獍l(fā)生器富氧模式再起動(dòng)響應(yīng)時(shí)間僅0.1s左右,可實(shí)現(xiàn)脈沖工作。3.2燃?xì)獍l(fā)生器再擊穿試驗(yàn)在富燃模式,燃?xì)獍l(fā)生器穩(wěn)態(tài)工作時(shí),渦輪輸出功率達(dá)到最大值,而低功率輸出時(shí),燃?xì)獍l(fā)生器在控制器的控制下,進(jìn)行脈沖模式工作,以保證渦輪轉(zhuǎn)速恒定和功率輸出需求。燃?xì)獍l(fā)生器實(shí)現(xiàn)富燃模式工作,燃?xì)鈮毫?.0MPa,穩(wěn)態(tài)燃?xì)鉁囟?50~950℃。燃?xì)獍l(fā)生器響應(yīng)快,脈沖工作可靠,與渦輪工作匹配,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定功率輸出。圖4給出了聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)富燃模式的典型工作曲線。圖4(a)試驗(yàn)設(shè)定負(fù)載53kW,燃?xì)獍l(fā)生器再起動(dòng)8次,波形一致性較好,脈沖工作周期0.5s左右;圖4(b)試驗(yàn)設(shè)定負(fù)載23kW,燃?xì)獍l(fā)生器再起動(dòng)12次,脈沖工作周期0.3s左右,最小間隔時(shí)間小于0.1s。由此可見,燃?xì)獍l(fā)生器富燃工作模式實(shí)現(xiàn)了53~23kW的功率輸出,負(fù)載功率需求越小,脈沖工作時(shí)間越短,頻率越高,脈沖最小周期300ms。根據(jù)實(shí)際脈沖工作占空比,推算燃?xì)獍l(fā)生器最大可輸出功率達(dá)75kW以上。由于富燃模式采用電火花直接點(diǎn)火方式,燃?xì)獍l(fā)生器再起動(dòng)壓力峰較高,尤其是在負(fù)載功率較小的情況下。試驗(yàn)中通過優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)序,在一定程度上可以降低壓力峰,但是無法消除。為此,后續(xù)又開展了火炬點(diǎn)火方式的研究工作,希望解決再起動(dòng)壓力峰問題,確保系統(tǒng)工作的平穩(wěn)可靠。3.3工作可靠性試驗(yàn)燃?xì)獍l(fā)生器單機(jī)試驗(yàn)還驗(yàn)證了富燃模式和富氧模式可相互切換,切換工作中,燃?xì)獍l(fā)生器不熄火。這為富燃模式脈沖工作提供了另一種點(diǎn)火方式,即富燃模式火炬點(diǎn)火方式,也就是燃?xì)獍l(fā)生器富燃模式脈沖工作過程中,富氧模式一直處于工作狀態(tài),相當(dāng)于一火炬,從而提高了富燃模式脈沖點(diǎn)火工作的可靠性,降低對(duì)電點(diǎn)火的依賴。圖5給出了燃?xì)獍l(fā)生器富燃模式火炬點(diǎn)火方式的典型工作曲線。試驗(yàn)設(shè)定負(fù)載53kW,工作時(shí)間20s,再起動(dòng)3次(火炬點(diǎn)火)。從曲線分析可見:1)富燃模式火炬點(diǎn)火方式實(shí)現(xiàn)功率輸出,系統(tǒng)工作平穩(wěn)可靠,再起動(dòng)無壓力峰。2)富燃模式火炬點(diǎn)火方式再起動(dòng)頻率顯著降低。再起動(dòng)周期5s以上,而原富燃模式脈沖工作再起動(dòng)周期約為0.5s,兩者相差10倍。這主要是因?yàn)榛鹁婀ぷ鲿r(shí)仍維持著小功率燃?xì)廨敵?導(dǎo)致關(guān)機(jī)后渦輪轉(zhuǎn)速下降緩慢(如圖5轉(zhuǎn)速變化曲線),從而整個(gè)再起動(dòng)周期加長(zhǎng)。3)富燃模式火炬點(diǎn)火方式下轉(zhuǎn)速控制精度較差(20%左右),需進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整控制策略,改善轉(zhuǎn)速控制精度。4)富燃模式火炬點(diǎn)火方式的關(guān)機(jī)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)是轉(zhuǎn)速控制精度差的主要原因之一。關(guān)機(jī)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(300ms以上),導(dǎo)致關(guān)機(jī)后轉(zhuǎn)速繼續(xù)上沖,容易超轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速上限控制困難,控制精度差。4空氣/油松燃?xì)獍l(fā)生器空氣/煤油燃?xì)獍l(fā)生器具有無毒、高能、起動(dòng)快、燃料易于獲取等特點(diǎn)。我國(guó)近年開展了某動(dòng)力裝置無毒化論證研究工作,研制成功空氣/煤油燃?xì)獍l(fā)生器原理樣機(jī),并完成