[发明专利]航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体助燃激励器

说明书

一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体助燃激励器，轴流旋流器位于阳极壳体内中段。阴极锥体电极位于轴流旋流器的下方；阴极电极杆的下端穿过轴流旋流器的中心孔，并装入阴极锥体电极上端面的中心盲孔内。阴极电极杆的上端装入电极安装隔离座的中心孔内。电极安装隔离座固定安装在阳极壳体内孔中并且安装在阳极壳体大直径段端头处。在阳极壳体大直径段外圆周表面安装有与发动机供气装置密封连接的进气嘴。本发明提高了航空发动机燃烧室的燃烧效率、改善燃烧室出口均匀性以及扩宽燃烧室的稳定燃烧范围，克服了现有等离子体助燃技术不适于在航空发动机燃烧室的高温高压环境中使用的不足，具有能产生大量的活性粒子、尺寸小、结构简单以及通用性强等特点。

技术领域

本发明涉及航空动力领域的等离子体燃烧强化技术，具体是一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体助燃激励器。

背景技术

随着战斗机性能的不断提高，对航空发动机的性能提出了更高要求，美国国防部提出了“综合高性能涡轮发动机技术计划”，目标为，到21世纪初使航空发动机的推重比提高一倍，即达到15～20。而提高推重比的最有效途径之一是提高发动机的单位推力，提高单位推力的有效办法则是提高燃烧室出口的温度即涡轮前燃气温度。另一方面，先进的航空发动机还应具有更高的可靠性。对于燃烧室部件来说，可靠性体现在燃烧室的熄火特性即稳定燃烧边界。对于先进的航空发动机，无论在飞行高度变化、飞行速度变化以及发动机转速变化等条件下均具有较为宽广的熄火边界。目前，国内外提高航空发动机燃烧室性能的主要技术包括，多级旋流头部技术、多环腔火焰筒技术、新型燃油喷嘴技术等。这些新技术主要基于现有燃烧室的结构的改进和优化，难以满足对航空发动机性能日益提高的要求，同时航空发动机燃烧室的结构越来越复杂也为加工带来了难度。

等离子体助燃技术是提高航空发动机燃烧室性能的新概念技术，它可以提高航空发动机燃烧室的燃烧效率、改善燃烧室出口均匀性，同时也可以扩宽燃烧室的稳定燃烧范围，早在20世纪70年代就引起了各国专家的广泛关注。国内外都已经开展了等离子体助燃激励器的研制，但主要采用介质阻挡放电的方式产生等离子体。介质阻挡放电等离子体助燃激励器受结构复杂、高电压屏蔽困难、高气压下放电困难或不均匀、寿命有限等因素的影响，工程应用范围不广，尤其在航空发动机燃烧室上高气压环境还没有得到应用。

滑动弧放电作为一种产生等离子体的方法，已经在环境治理、能源转化和生物医学等方面有广泛应用，而它在强化燃烧反应方面的独特优势也是显而易见的。滑动弧放电等离子体助燃在强化燃烧领域的应用不仅是因为其电极结构简单，更重要是在放电过程中能产生加速燃烧化学反应的大量的活性粒子、自由基团等，提高化学反应速率，增强燃烧稳定性，提高燃烧效率。

我国对滑动弧放电等离子体助燃的研究较晚，并主要集中在滑动弧等离子体用于污染物降解及污水处理等领域。浙江大学在公开号为CN101863536A的发明创造中提出了一种磁驱动螺旋滑动弧非平衡等离子体废水处理装置，如图1所示。实验证明该装置能够有效降解有机污染物，提高废水处理效率。之后，该装置被用于甲烷的干重整，取得了较好的效果并投入了工程实践应用。展示了滑动弧放电等离子体广阔的应用前景。赣南师范学院在公开号为CN106028616A的发明创造中提出了一种滑动弧放电等离子体射流发生装置及方法，如图2所示。该装置被用于水体消毒杀菌及微生物的灭活处理，具有结构简单、使用灵活方便等优点，被认为具有潜在医学应用价值。但是，由于以上两种滑动弧放电等离子体发生装置的结构复杂且尺寸较大，加之航空发动机燃烧室工作环境恶劣，导致以上两种装置无法应用在航空发动机燃烧室上。

发明内容

为克服现有技术中存在的结构复杂且尺寸较大，不能适应航空发动机燃烧室恶劣的工作环境的不足，本发明提出了一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体助燃激励器。