航空核心部件发动机的冷却基本原理

• 发布日期：2012-08-07 15:18

• 燃烧室是航空发动机核心部件之一。军用航空发动机燃烧室的发展趋势，是高温升，民用航空发动机燃烧室的发展趋势，是更低的污染排放。这二者都需要大幅度提高用于参加燃烧的空气分配比例。因此，减少冷却空气的分配比例，是一个必然的趋势。而为了提高发动机的循环效率，压气机的增压比，也必然大幅提高，从而导致用于燃烧室冷却空气的品质下降。对于未来高温升甚至超高温升的燃烧室，所面临的关键技术挑战之一，就是在冷却气量分配减少和冷却品质下降的条件下，进一步保持甚至提高火焰筒的耐久性。

  由于航空发动机发展的需要，提高冷却效率从而达到节约冷却用气的目的，变得非常重要。传统方法是沿火焰筒内壁面，形成一层冷却气膜，以保护火焰筒。这种缝式贴壁气膜冷却方式需要30%-40%的空气量进行冷却。但随着发动机燃烧室的温升不断提高，以及低污染燃烧的要求，需要大幅度减少冷却空气比例，同时由于压比增加，使得进口空气温度升高，空气作为冷却剂的冷却潜力已下降，但火焰筒寿命却希望更长，因此常规缝槽气膜冷却难以满足燃烧室火焰筒对冷却的要求。

  火焰筒壁单元体的传热过程表明，向火焰简传入的热量共两项，分别是高温燃气对火焰筒壁的辐射传热和与火焰筒壁的对流传热。

  其中，辐射传热是主要的加热项。火焰筒接受的热量，主要来自高温燃气的热辐射，这部分的热量是无法减少的。因此，降低火焰简璧温的途径，只有从散热方面考虑，其中依靠壁面向机匣的辐射散热，没多少潜力可用，只有利用对流换热，即改善火焰筒与冷却空气的对流换热，通过这一途径，可以增大冷却空气从火焰筒带走的热量。

  另外，提高气膜绝热温比，使气膜绝热壁温低于火焰简燃气侧壁温，从而达到降低火焰筒壁温、减少冷却空气量，提高冷却方式总冷却效率的目的。

  因此，所谓的先进冷却方式，就是采用了在冷却空气作为气膜喷出之前，先进行主动冷却，充分发挥其冷却潜力的冷却方式。