众文网1.航空发动机燃烧室的功能
中文名称：燃烧室 英文名称：combustor 相关技术：燃烧室；传热学；热力学；燃油喷嘴；火焰筒；冷却技术；燃烧室试验技术 分类：发动机；燃烧室； 定义与概念： 主燃烧室是航空发动机三大部件之一，位于压气机和涡轮之间，用来将燃油中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度，以便进入排气装置内膨胀作功。
对燃烧室的主要要求是：燃烧效率高、燃烧稳定范围宽、总压损失小、出口温度分布均匀，在飞机的飞行包线内点火可靠，排气污染小，结构可靠，重量轻，寿命长等。燃烧室一般可分为单管燃烧室、环管燃烧室和环形燃烧室等。
燃烧室的结构形式虽然多种多样，但它们都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器等组成。 目前燃烧室的设计仍然采用经验/分析相结合的方法。
燃烧室的研究主要集中于提高燃烧效率、降低耗油率、研究新的冷却方法和冷却结构、增加燃烧室温升、延长燃烧室使用寿命、改善结构可靠性、耐久性和维修性以及减少污染排放。 国外概况： 航空发动机主燃烧室的发展可以由以下几点概括： 1. 燃烧室的类型由单管燃烧室发展到环管燃烧室，然后再发展到短环形燃烧室； 2. 燃烧室进口压力及进气温度不断提高； 3. 出口平均温度由1150K增加到现在的1900K; 4. 燃烧室长度不断减小。
在相似的起飞状态空气流量下比较燃烧室的长度，缩短到 300-500mm。但今后长度缩短的趋势在减小。
5. 对燃烧室多方面的严格要求。在早期，进气压力和温度较低，效率是最突出的问题。
随着压气机压比及巡航速度提高，进气压力和温度也提高，冷却及燃烧室出口温度分布质量问题突出。随后要求高推重比，希望燃烧室长度短。
现在又强调增加燃烧室温升和延长寿命。 燃烧室的设计和发展工作实质上是要在相互矛盾的设计要求之间寻找一个可接受的方案的一种工程实践。
这些要求包括燃烧效率、压力损失、气体排放物、烟雾、点火、重新起动、贫油熄火、燃烧室出口温度品质、结构耐久性和寿命期费用。多年来，这些燃烧室设计要求一直是借助于基础分析和广泛的部件和台架试验，通过经验修正公式来解决的。
然而现代燃烧室的设计，要求对燃烧室复杂流场有更深入的认识，要求真正弄清楚燃烧室中发生的各种复杂过程的物理、化学本质，用客观物理规律指导设计和试验，以便在合理的费用和周期限制内获得一最优燃烧室设计。一种准确、有效、高水平的经验/多维分析设计方法正在国外大力发展，且已应用于燃烧室设计最佳化。
目前国外已研制出推重比10一级的发动机，例如美国的F119、欧洲的EJ200和法国的M88-2。F119和M88-2都采用了带气动雾化喷嘴的燃烧室，燃烧室出口温度分别为1977K和1850K,EJ200的燃烧室继承了RB199的经验，带有蒸发管式喷嘴，燃烧室出口温度为1803K。
现代先进燃烧室采用了新的技术和结构，其中包括浮壁式火焰筒、分区供油结构、分区燃烧结构、多孔层板发汗冷却、发散冷却和多基火焰筒冷却等。 浮壁结构 常规燃烧室由圆环轴向搭接起来，形成类似百叶窗的带缝型面，在开缝处射入冷空气以冷却火焰筒。
造成火焰筒寿命过短的主要原因是圆环所受的应力太高。如果将圆环分段或分块，将使应力减小而寿命增加，而分块式结构又为使用其他材料创造了好机会，可以使用高熔点材料，并且使用了先进的冷却技术，使冷却效果更好。
这种火焰筒就是浮壁式火焰筒。 早在先进涡轮燃气发生器（ATEGG）项目中，美国空军和海军就资助了GE公司发展分块式火焰筒技术。
现在，浮壁式火焰筒已经得到了比较广泛的应用，经过了实践的检验，国外一些先进的航空发动机都采用了这一技术，如V2500、高效节能发动机验证机E3、F100-PW-229、F119等。 分区供油结构 在高稳升燃烧室中，正常工作状态下主燃区的空气流量占大约50%，慢车功率状态时容易造成贫油熄火。
分区供油是调节主燃区油气比比较简单的方法，它能在小功率状态下提供局部富油，确保发动机能正常工作。在这项技术中，起飞、高空点火和慢车状态工作条件下，将燃油用阀门有选择地和部分燃油喷嘴接通。
在高于慢车功率的所有发动机功率输出时，可以打开所有的燃油喷嘴。 分区燃烧结构 分区燃烧最早出现在NASA资助的实验清洁燃烧室（ECCP）的项目中，还应用于E3发动机中。
GE公司的燃烧室带有并列燃烧区，即双环腔燃烧室，PW公司的燃烧室带有串列燃烧区。双环腔燃烧室外环是预燃区，内环是主燃区。
在起动、高空点火和慢车状态时，只有预燃区喷油工作，因为预燃区空气流速较低，适当富油以利于点火起动及慢车的燃烧效率。在大功率状态下，内外环腔都工作，使两个燃烧区在传统温升条件下提供贫油油气比，在高温升的条件下提供接近化学当量比的油气比。
这种设计方法的优点是燃烧长度短。因为双环腔的特点，每个环腔在短的总长度之内就能获得满意的长度-头部高度关系。
PW公司的串列燃烧区燃烧室前端是预燃区，后端是主燃区，分别带有喷嘴，工作方式与双环腔燃烧室类似。 关键技术： 1.燃烧气动热力学 （1）、高温燃烧室气动、热力方案及其最佳化 （2）、分区/分级燃烧。
2.航空发动机问题,怎么设计一个环保的燃烧室或怎么设计减少燃烧室的
不是单一的部件就能达到想要的效果的，燃烧室设计得再好、与压气机不匹配也是白搭。想以环保为前提的喷气式航空发动机，在设计之初就要有包线、从启动之初到最高功率都尽可能让压气机输送合适、稳定气流进入燃烧室，与燃料完全混合并燃烧。而燃烧室就是把高速高压气流减速、形成燃烧区、而燃烧区里又有分富油区和贫油区、比较复杂。字符有限，总之相对来说能帮助完全燃烧的燃烧室是最环保的。
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3.航空发动机燃烧室材料的选择
1）特殊的要求——强调产品的高性能、高质量。比如，飞机的减重都是以克来计算的，航空产品很重视比强度，即单位重量的强度。现在采用【C—C材料、高分子、聚合物材料】，比强度比钢高得多。（2）制造工艺的新概念、新技术。对航空制造而言，最大的问题还是技术，只有技术才是产品高性能、高质量的根本。从热加工来看，很多发动机采用【单晶空心叶片】，从多晶变成单晶，性能提高了好多倍。目前美国爱立森公司做空心叶片（空心叶片可以耐更高温度），壁做得非常薄，有许多气冷通道，可把使用温度提高七、八百度。这种技术就是高新技术。
飞机发动机叶片的新材料已经发展为第4代单晶。开始时用多晶的【镍基高温合金】，后来制成了定向晶界的多晶叶片，结晶方向与受力方向一致，性能提高很多。目前制作成了无晶界定向单晶，性能更提高了，制作难度也更大了。
第4代发动机涡轮盘为双性能盘，这种盘外边是细结晶组织，抗疲劳性能好，里边是粗结晶组织，抗蠕变性能好。
对于航空发动机叶片，现在国内外开始研究【钦铝化合物】的定向单晶，我们也正在研究。据美国NASA估计，到2020年整个发动机材料总量的20%~25%将是【钛铝合金】。
对于新材料加工技术，我举两个例子。第一，现在新发动机都采用粉末涡轮盘。这种工艺就是采用高纯激冷粉末制成涡轮盘，组织非常均匀，性能非常好。第二，现在飞机上很多大零件，特别是【钛】零件，非常难做，也是把它制成粉末，用高能量的激光照射，用CAD控制方法制成的。
4.航空发动机燃烧室的功能
航空发动机现在基本上都是涡轮发动机，燃气涡轮发动机燃烧室由外壳（套）、火焰筒、喷（油）嘴、涡流器、点火装置等组成。
由压气机扩散段出来的高压空气分成两股：一股（约占1/4~2/5）进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧。另一股（占3/4~3/5）从火焰筒与外套间流过，对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮所要求的温度。
通常要求燃烧室具有燃烧稳定、燃烧效率高、点火范围宽、流动阻力小以及结构简单、尺寸小、安全可靠和寿命长等特性。 燃烧室的涡流器一般作成叶片式的，它使气流按要求方向流动，以利于点火和燃烧，并使燃烧得以延续。
点火装置只在发动机起动时工作，一旦油气混合气点燃后，即停止工作。喷嘴用来将燃料（航空煤油）以极小的油珠喷入火焰筒，使燃料在吸热后能很快蒸发成为油气，与空气组成极易燃烧的可燃混合气。
常用的喷嘴有离心喷嘴、蒸发喷嘴、气动喷嘴等。在一些小型发动机中，还采用高速旋转的甩油盘将燃油甩进燃烧室。
火焰筒是油气混合气进行燃烧的地方。这里温度最高，一般采用耐高温的镍基合金板料或冷轧成型的带料焊接而成，也有采用锻件机械加工的。
火焰筒一般采用气膜冷却方式降低筒壁温度（见发动机冷却）。 燃气涡轮发动机的燃烧室按气流在燃烧室中流动的方向分为三种：①直流式：气流在燃烧室中沿轴向流动。
多数发动机采用这种燃烧室。②折流式：气流由压气机流出后，折成两路流入火焰筒。
一般与甩油盘配合使用。③回流式：压气机出口的空气由燃烧室的后端流入火焰筒头部。
燃烧的燃气则向前形成回流。后两种形式气流流动损失大，但能缩短发动机的长度，一般用于采用离心式压气机的发动机中。
燃烧室按结构形式又分为管形燃烧室、环形燃烧室和环管形燃烧室。管形燃烧室中的每个管形火焰筒有单独的外套，组成一个单管燃烧室。
一台发动机可以有若干个单管燃烧室，沿周向装在发动机上，其中几个燃烧室装有点火装置。各燃烧室之间通过联焰管来传焰和均压。
管形燃烧室易调试，强度与刚性好、装拆与维护方便，多用于早期的燃气涡轮发动机以及空气流量很小的发动机上。环形燃烧室中的火焰筒为一整体的环形腔。
同心地装在环形的壳体内。这种燃烧室空间利用率高，迎风面积、重量、压力损失、火焰筒表面积和长度都小，所需的冷却空气量少，出口流场沿周向分布均匀，广泛用于各种新型发动机中。
环管形燃烧室有若干个管形火焰筒沿圆周均匀地装在一个共同的环形壳体内。各火焰筒间装有联焰管。
它的结构介于管形燃烧室与环形燃烧室之间。50~60年代的发动机多采用这种结构。
5.航空发动机燃烧室常见故障及排除措施
长期 以来 ，由于加力燃烧室壁薄体 大 ，气流流速快 ， 流进 口温度 T 较高 ， 气 ： 除承受 由燃气压 力和轴 向应力 引起 的静载荷外 ，还 承受振动 ，热应力等 交变负荷 。
在这样 恶劣 的工作条件 下 ，使 得加力燃 烧 室在发动机试 车 ，及 使用 中经 常 出现故 障。尤其是 近些年来 ，由于燃 气 的高频振荡 或脉动燃烧 和冷却不 当而导致 加力 筒 壁 的疲劳破坏 和 变形 、烧 蚀 的情 况屡有发 生 ，这不仅影响 了工厂 的交付 ，有 的还 危及飞行 安全 ，使 得外 场飞机停 飞 ，严重 的故 障 ，还造成飞行事 故 ，带 来血 的教 训 。
为此 ，设 计 师及有 关人员 对此类 问题 给予 了高度重视 ，针对 故 障 ，采取 了一 系列排 故措施 ，取得 了较好 的效 果 。并 在实 际工作 中积 累和 总结 了比较丰 富的经 验 ，从 而促进 了发动机产 品质量和可靠性 的提高 。
本文 主要 介绍 了近些 年来 我 国航空 发动机加力燃烧室在试车和使用 中出现的 故 障及 采用的排故措施 ，旨在为有关人 员提供参考 。 2 加 力燃 烧 室 零 件 故 障 简 析 及 排 故 加力燃烧 室零 件故 障主要与 燃烧 、加 热过 程 以及零件结构设计 的合理性 和冷 却技术 应用 的科 学性 有关 。
在试车和使 用 中常 出现 的故 障归 纳起 来主 要有 以下几 枣1 l 0 21 加 力简体裂纹 . 加力 筒体裂纹是 发动机 的常见故 障之一。
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积碳就是燃料和润滑油的窜气混合不完全燃烧后而产生的沉积物。（主要成分是羟基酸、沥青质、焦油等）沉积物的形成和汽车的“燃油”及“润滑油”直接有关：首先是由于“润滑油”的窜气所含的碳粒子，在不完全燃烧时更大量沉积。汽车本身含有胶质、杂质，或储运过程中带入的灰尘、杂质等，日积月累地在汽车油箱、进油管等部位形成类似油泥的沉积物；其次是由于汽油中的烯烃等不稳定组份一定温度下，发生氧化和聚合反应，形成胶质和树脂状的粘稠物。这些粘稠物在喷嘴、进气阀、燃烧室（气缸盖和活塞顶）等部位沉积就会变成坚硬的积碳。另外，由于城市交通拥堵，汽车经常处于低速和怠速状态，更会加重这些沉积物的形成和积聚。
日韩系车型大概30000KM左右应该清除一次，因为日韩系开型多数为低转高扭发动机，着重较低转数行车，积碳对引擎的动力及油耗影响相对小。相反，欧美系车型大概20000KM左右就应该要清除一次，欧美系车型多数为中高转速引擎，达到一定的转速成真正的动力才输出，多数为中高转速行车，但中高转速必先经过低转速，积碳对引擎的影响在低转速加速时体现更明显。
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4，燃烧室积碳严重的还会爆震！低转速加速有响声，对活塞及曲轴造成损害
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