基于工程解析方法的燃烧室试验件热、声合不稳定性分析

摘要

燃烧室的热、声耦合特性与动态压力脉动,是航空发动机燃烧室设计的重要衡量指标之一.本文针对全环燃烧室试验件及其连接管路,介绍了一种基于解析方法的燃烧不稳定性分析思路,可预估发生燃烧不稳定的特征频率并进行稳定性判断.该方法采用解析求解一维齐次形式的波动方程,根据数值求解N-S方程的燃烧流场作为背景流,并根据守恒条件将若干声学单元组合,数值求解系统矩阵特征值获取系统特征频率,根据特征频率虚部的正负判断系统稳定性.为了进行方法验证,结合公开发表文献中的燃烧不稳定性预测结果与本方法计算结果进行了对比.随后,结合地面实际试验状态,针对某型全环燃烧室试验件及其相连接管路开展了热声耦合特性的初步分析.研究结果表明,由于地面试验在燃烧室大工况下进行降压试验,导致燃油流量与喷嘴压降偏离设计状态、由此引发的雾化不充分造成的火焰面释热率延迟时间偏大,会诱发燃烧不稳定性.