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【航发科普】绿色航空动力 收获纯净蓝天

2020-08-01 17:14:37  来源:本质资讯网

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    在探索飞行的时间长河中,人类一直在追求清洁、绿色的航空。如今,节能环保成为现代民用航空发动机发展的重要目标之一,如何更好地将绿色发展理念融入航空发动机技术研究,早已是全球课题。

    发动机的污染来自哪里?

    民用航空发动机的主要污染物有一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、未完全燃烧碳氢化合物(UHC)等,其中氮氧化物对生态环境的影响最为严重,它会破坏臭氧层,引发酸雨、酸雾和灰霾等污染。

    燃烧室是航空发动机污染物排放的主要来源,燃烧室高温高压的恶劣环境,反而成了NOx的温床。随着发动机技术进步,燃烧室温度越来越高,当燃气温度超过1600℃时,氮氧化物的生成量就会显著增加。

    如何降低排放?

    在燃烧室中,温度、油气比与NOx的生成量存在对应关系,因此,可通过调节油气比降低排放。当燃料少于空气时,燃烧过程称为贫油燃烧,燃料过量时称为富油燃烧。

    在低排放燃烧技术研究中主要有三种技术:针对贫油燃烧的贫油预混预蒸发燃烧技术(LPP)、贫油直接混合燃烧技术(LDM)和针对富油燃烧的富油燃烧—快速焠熄—贫油燃烧技术(RQL)。

    LPP

    将燃料完全蒸发并与空气混合均匀供入燃烧区,在燃烧区是贫油燃烧,越是贫油,温度越低,NOx的排放越少,但过少的燃料会导致熄火,因此燃油和空气的比例必须在熄火极限以内。

    LDM

    燃油直接喷入或预先与空气有一定程度混合后喷入燃烧区进行燃烧,使得燃烧区处于贫油状态。相比于LPP,LDM燃烧时间短,不容易产生自燃和回火,但由于少了预混预蒸发段,燃油和空气的混合效果较差,因此通常采用多点喷射方法,增加与空气的接触面积。

    RQL

    先进行富油燃烧,然后喷入大量空气,空气与燃烧区的产物迅速掺混后进入贫油燃烧状态,从而减少NOx生成。

    除了对低排放燃烧技术的研究,燃烧不稳定性研究也逐渐成为低排放燃烧技术的关注重点。

    绿色动力,我们在努力

    近年来,我国逐步推进低排放燃烧技术研究,从基础模拟到试验研究再到产品研制,国内低排放燃烧室技术逐渐成熟,主要以贫油燃烧技术为主、富油燃烧技术为辅。

    目前,多所高校和研究院所积极开展低排放燃烧室关键技术研究,北京航空航天大学获得了多项低排放燃烧室专利,低排放燃烧室基础研究不断深入,研制出了低排放搅拌旋流燃烧室。中国航发涡轮院将LPP和LDM两种贫油燃烧技术结合,自主设计了部分预混预蒸发低排放燃烧室,取得了多项专利;中国航发动力所针对燃气轮机需求开展低排放燃烧技术研究,也取得了重要突破。

    在实现绿色航空的旅途中,我们一直在努力。根据预测,到2030年,全球民用飞机数量将超过40000架,要想在快速发展的过程中尽可能减少污染排放对环境的影响,就必须坚持航空可持续发展。清洁、环保、绿色的航空动力将助力生态文明建设,保卫纯净蓝天。


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