某型回油离心式喷嘴性能试验研究分析.docx

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某型回油离心式喷嘴性能试验研究分析

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李炜王璐谢芳

摘要：回油离心式喷嘴作为单油路离心喷嘴的一种特殊类型，具有在较宽的燃油量变化范围内维持良好雾化质量的特点，因此在小型发动机上具有一定的应用前景。目前，相对于离心喷嘴，回油离心式喷嘴的设计方法成熟度相对较低，国内外公开发表的文献中对回油喷嘴的试验研究也较少，本文以某型回油喷嘴为研究对象，研究定进油流量情况下进、回油压力、喷雾锥角、燃油周向分布不均匀度及雾化质量随回油孔有效面积的变化规律，为后续回油喷嘴的设计和计算提供支持。研究结果表明：在保持进油流量不变的情况下，增加回油孔有效面积，进油压力和回油压力均减小，但进、回油压差基本不变；喷雾锥角和分布不均匀度均增大，雾化粒度变化很小。

关键词：回油喷嘴；回油流量；进油压力；回油压力；喷雾锥角；燃油周向分布不均匀度；雾化质量

：TK472：A：1671-2064（2019）15-0075-03

燃油喷嘴是航空发动机燃烧室的关键部件，其作用是将液体燃料雾化，加大燃料的表面积，如此可提高燃烧时热和质的交换速率，加快燃烧过程，提高燃烧室性能。燃油喷嘴通常按照雾化原理的不同分为压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴、旋转喷嘴和蒸发管式喷嘴等。

目前航空发动机上应用较多的燃油喷嘴类型为压力雾化喷嘴和空气雾化喷嘴。其中，压力雾化喷嘴的工作原理是将压力转化为动能，使燃油旋转运动，最终达到雾化的效果，其主要包括直射式喷嘴、离心式喷嘴（又分为单油路喷嘴和双油路喷嘴）和回油喷嘴[1]。离心式喷嘴的雾化主要是依靠燃油的供油压力，燃油在油压驱动下通过专门设计的喷嘴内的旋流孔或槽，在喷嘴内产生旋转，以旋转液膜的形式喷出喷口。但离心式喷嘴的一个主要缺点就是在小油量供油时，由于供油压力低，不能保证良好的雾化锥角和燃油雾化质量。

回油离心式喷嘴作为单油路离心喷嘴的一种特殊类型，在单油路离心喷嘴的基础上在增加了一个回油通道并通过改变回油路流通面积以改变油量，使超过燃烧要求的多余燃油经过这个通道返回到燃油腔，而喷口前油压基本不变，这样可以保证通过旋流室内的燃油流速较高，使旋流室内的燃油保持强旋流状态，在较宽的燃油量变化范围内，能够维持良好的雾化质量[2，3]，因此在小型发动机上具有一定的应用前景。

目前，相对于离心喷嘴，回油喷嘴的设计方法成熟度相对较低，国内外公开发表的文献中对回油喷嘴的试验研究也较少。本文以某型回油喷嘴，在保持进油量一定的情况下，通过改变回油路流通面积来调节回油量，进行了性能试验研究，为后续回油喷嘴的设计和计算提供支持。

1试验件

以某型回油喷嘴作为研究对象，该喷嘴主要由喷嘴体、喷口、分流阀等组成，其结构示意见图1。该型回油喷嘴的工作原理为：燃油通过进油孔进入后，经分流阀上的旋流槽后加速旋转，在旋流室内形成强旋流。一部分燃油通过回油孔返回油箱，余下燃油经喷口小孔喷出，在火焰筒头部形成雾锥，参与燃烧。采用这种调节方式，在小油量时，能保证经过旋流室的总油量较大，有利于改善小油量状态下的燃油雾化质量，因此在各工作状态下，均能够得到良好的雾化效果。

2试验设备及测量方法

本试验系统由燃油加温冷却装置、燃油供油系统、喷雾锥角测量装置、VXI数采系统、图像处理系统、电气与控制系统等组成，试验系统及测试方法概图如图2所示。

喷雾锥角测量方法采用计算机图像法，在距离喷口30mm位置进行测量，燃油周向分布不均匀度由12等分周向分布器测量，每份燃油量通过管道流入对应的电子秤进行称量，再由公式（1）进行计算得到。

（1）

式中Wfmax和Wfmin分别为12个分布电子秤所得的最大燃油质量和最小燃油质量。

3试验参数

保持喷嘴进油流量Wf=12kg/h恒定不变，通过调节回流阀改变回油孔有效面积（回油路流通面积）来调节回油流量，并进行以下试验。

3.1流量试验

分别调节回油流量至Wf2=（10.0、8.0、6.0、4.0、2.0、0）kg/h时，测量录取回油喷嘴的进油压力和回油压力。

3.2喷雾锥角试验

分别调节回油流量至Wf2=（10.0、8.0、6.0、4.0、2.0、0）kg/h时，在距喷口30mm处，测量录取回油喷嘴的回油压力和喷雾锥角。

3.3燃油分布不均勻度试验

分别调节回油流量至Wf2=（9.0、8.0、6.0、5.0、3.0）kg/h时，在距喷口30mm处，测量录取回油喷嘴的回油压力和燃油周向分布不均匀度。

3.4雾化特性试验

分别调节回油流量至Wf2=（9.0、8.0、6.0、5.0、3.0）kg/h时，在距喷口30mm处，测量录取喷嘴液滴直径SMD和液滴分布指数N。

4试验结果与分析

4.1流量试验

图3为该型回油喷嘴进油流量Wf=12kg/h恒定不变时，进油压力和回油压力随回油流量的变化关系。由图3可得出以下结论。

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