WP6航空发动机改柴油适应性数值研究

第17卷第10期2017年4月 1671—1815(2017)010-0308-06科学技术与工程

Science Technology and Engineering

Vol. 17 No. 10 Apr. 2017

?2017 Sci.Tech.Engrg.

航空、航天

W P6航空发动机改柴油适应性数值研究

冯华仲1马朝?杨永刚1梁越1黎明2索建秦2

(贵州黎阳天翔科技有限公司1,贵阳550081;西北工业大学动力与能源学院2,西安710072)

摘要采用数值计算方法，利用概率密度函数（P D F)燃烧模型对W P6航空发动机由煤油改柴油的适应性进行了研究。分 别得到使用航空煤油（R P-3)和〇号柴油燃烧室的流场、温度场、总压力损失、出口温度分布、污染物和燃油蒸发过程等燃烧特 性。研究结果表明：当航空煤油改为〇号柴油，燃烧效率降低约3.6%和C0排放量在最大工况下增大约7.5倍；出口温度分 布和总压损失差异分别在1%、2%之内。以上结果为W P6航空发动机改地面柴油型燃气轮机设计提供重要的技术支持。

关键词燃烧室PD F模型 燃烧特性 柴油 数值计算

中图法分类号V235; 文献标志码A

随着我国航空技术的快速发展，将技术成熟度 高、结构紧凑、热效率高、可靠性好和维护方便等优

势的航空发动机改为地面燃气轮机，具有风险小、周 期短和经济性好等优势，世界范围内各大航空发动 机公司都在积极从事航空发动机改地面燃气轮机 (航改机）的研制工作[1]。航改机研制中，燃烧室作 为关键技术，将很大程度决定发动机的经济性、可靠 性和寿命;考虑到航改机研制周期和工程应用阶段 经济性，燃烧室要尽可能地保持母型机的原型或少 改[2’3]。航空煤油因其特殊性和经济性，不再可能 作为地面燃机的原料，需要替代燃料。柴油相近的 物理性和低位热值，可保证航改机大致保持原型机 的燃油系统、点火系统和火焰筒开孔规律，因而作为 比较理想的替代燃料[4]。

燃烧室工作条件十分恶劣，其研制是一项复杂 的过程，需要经过反复试验，整个过程十分漫长和费 用不菲。计算流体动力学（CFD)作为一种新的研 究方式，由于其能准确预测反应的流动状况，为燃烧 室的研究提供了一种有效的方式，并能有效地减少

2016年9月27日收到贵州省科技

重大专项[2014] 6018资助 第一作者简介:冯华仲（1969—）男，硕士,研究员。研究方向：热工 技术及相关军用民用装备。E-m a il:F H Z4509@163. c o m。

-通信作者简介:马朝（1988—），男，陕西泾阳人，硕士研究生。研 究方向:燃烧室喷嘴雾化及头部油气混合燃烧。E-m a il: c u m tm z ll@ m a il. nw p u. edu. c n〇

引用格式:冯华仲，马朝，杨永刚，等.W P6航空发动机改柴油适 应性数值研究[J]?科学技术与工程，2017, 17(10): 308 —313

Feng H u a zh o n g, M a Z h a o, Y a n g Y o n g g a n g, e t al. N u m e ric a l stu d y on fu e l a d a p ta b ility o f d ie se l o il fo r W P6 aeroengine [ J]. Science T ech nolo gy and E n g in e e rin g, 2017, 17(10)：308—313研制的费用[5]。对WP6为原型机的航改燃烧室的 研制，其试验费用必将不菲，所以CFD可作为一种 非常有用的前期研制手段。

燃烧室的燃烧反应涉及非常复杂的化学反应过 程，这给数值计算带来了困难和复杂性。Fluent提 出了很多燃烧模型[6]预测燃烧室燃烧后的温度场、火焰阵面位置、污染物分布和燃油蒸发等。本文利 用Fluent软件中的概率密度分布(PDF)燃烧模型对 WP6发动机燃烧室由航空煤油（RP-3)改为0号柴 油后的适应性进行数值计算研究，为WP6航空发动 机改地面燃气轮机的下一步研制工作提供可靠的、有效的设计参数和依据。

1 WP6发动机结构及特点

WP6发动机在航空动力领域属于第二代涡轮 喷气发动机，在国内作为歼6系列和强5系列战机 的动力;是我国在前苏联Pfl—9B喷气发动机基础 上发展而自主生产的军用航空发动机，是我国首型 超音速歼击机的航空动力，也是我国目前量产最大 的国产航空发动机，总年产量将近3万台[7]。

WP6发动机的主燃烧室属环管型燃烧室，燃烧 室沿周向均勻布置10个单管火焰筒和2个点火器 (如图1所示），发动机涡轮前温度为1 143 K,推重 比为4.59,燃烧效率为96%,台架最大压比为 7.63 [7-9]0

2两种燃料的特性及替代燃料的选择由表1可以看出，航空煤油的黏度、表面张力小 于柴油，低位热值略高于轻柴油。由于煤油、柴油都 是多种碳氢化合物的混合物，其详尽的组分比较复