摘要
二冲程活塞重油发动机功率重量比高、结构简单、可靠性高，被认为是中小型无人航空发动机（简称：航发）的首选动力。但重油粘度高，蒸发困难，如何实现重油雾化是二冲程航发研发中的关键问题。空气辅助喷射是一种低压雾化技术，其借助喷嘴内部空气流运动，可以在较低的喷射压力下实现高粘度燃油的良好雾化，且喷雾贯穿距离短，能弱化燃油高压直喷造成的“湿壁”问题，因而被广泛应用于重油二冲程航空发动机。 应用于二冲程航发的空气辅助喷射包括燃油喷射和空气喷射两个序列。燃油最终雾化质量受两喷射序列的显著影响。本文采用数值仿真结合试验验证的方法，对某在用二冲程重油航发的空气辅助喷射器的喷雾特性进行了研究，重点剖析了燃油喷射、空气喷射以及两次喷射间隔时间对重油/空气两相流交互以及空气辅助喷雾的影响。论文主要内容和研究结论表述如下： （1）利用高速摄像机和马尔文激光粒度仪，搭建了定容弹燃烧弹试验平台。通过获取空气辅助喷射器的喷雾图像和粒径数据，研究分析了喷雾的宏观特性和微观特性；并根据空气辅助喷射器的基本结构和工作原理，利用 Fluent 数值模拟平台建立了空气辅助喷射系统的仿真计算模型，随后通过对比试验和仿真计算的结果，验证了仿真模型的可靠性和准确性。 （2）燃油计量是燃油喷射最主要的功能。燃油喷射过程存在初期波动、中期稳定和后期快断三个供油阶段。其中，中期稳定供油阶段油速大，时间长，直接影响到单循环的喷油量；随着喷油压力的增大，燃油供应的波动时间有所缩短，而燃料注入的质量流量有明显增加；喷油量可以量化表述为喷油压差、喷油管径以及喷油时间的函数式。 （3）不同的空气喷射压力会产生两种形态的喷雾，在较高的喷气压力条件下，喷雾呈纺锤形，其燃油液滴破碎良好，贯穿距离长，但喷雾横向发展距离短，喷雾锥角小，油-气混合物主要分布在喷雾的轴线附近；而在较低的喷气压力条件下，产生的喷雾呈锚形，其雾化效果好，贯穿距离短，横向扩散远，在定容弹上半部分的分布更加均匀，喷雾发展后期液滴不易聚合，更适用于小缸径、短行程的小型点燃式二冲程活塞重油发动机。 （4）两次喷射间隔时间的长短决定了燃油在预混腔内的破碎情况和主要分布位置，从而影响空气喷射开启后的燃油喷出特性。若间隔时间过长，油团会大量沉积在空气喷嘴阀附近，使得空气喷嘴启喷时大量燃油一并喷出，从而影响早期喷雾质量；若间隔时间过短，则会相应延长空气喷射持续时间。同时，环境背压对喷雾形态有较大影响。较高的环境背压会增加定容弹内空气的密度，抑制喷雾的纵向发展，但对喷雾的横向扩散有所加强；喷油时间决定单循环燃油供应量，油量越多，喷雾密度越大，喷头速度降低，前端涡流运动减弱，不利于燃油的雾化。
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