航空发动机喷嘴结焦积碳影响因素及抑制方法研究

【类型】学位论文

【作者】李范 

【关键词】 航空发动机 结焦积碳 影响因素 抑制方法

【摘要】结焦积碳是燃料在氧和金属的催化作用下，经过氧化、热解、裂化、脱氢、焦化和聚合等一系列反应所生成的。航空发动机结焦积碳现象严重影响航空飞行器的飞行安全和使用寿命，目前发动机内结焦积碳的问题已引起世界航空大国的广泛关注，但都未从根本上解决这一问题。 为了从根本上解决航空发动机结焦积碳的问题，本文首先分析了发动机内与燃料直接接触的基体金属材料的表面粗糙度、表面成分及界面张力对结焦积碳的影响。得出：结焦积碳随着金属基材表面粗糙度的增大而增加；金属基材表面成分对结焦积碳也有影响，Fe、Ni、Co等元素起到金属催化结焦的催化剂作用，Cr和Ti及其氧化物不会产生催化结焦；静态燃烧实验下，结焦积碳生成量的大小与表面处理后金属基材的界面张力大小有关，界面张力越小，结焦积碳的生成量越大，界面张力越大，结焦积碳的生成量越小。 选取航空发动机高温金属材料GH605试片为样品，利用化学强氧化-阴极还原法和直流反应磁控溅射技术对样品进行表面改性处理，并分别利用扫描电子显微镜（SEM），能谱仪（EDS），X-射线衍射仪（XRD）、膜厚测量仪对表面改性处理后的样品进行表征。得出：两种方法分别成功的在样品表面制备了铬的氧化物薄膜和TiO涂层。 利用“称质法”研究表面改性对航空煤油热安定性能的影响、利用实验室自制高温燃烧装置对表面改性后的样品进行静态结焦积碳评价。得出：本研究选用的表面改性处理方法有效的减少了胶质的产生，有良好的抗结焦积碳效果，最大抑制结焦率达到了61.54%，其中，化学强氧化-阴极还原制备氧化铬薄膜的最优工艺条件为强氧化温度80℃、强氧化时间20min、还原电压为10V、还原时间为24min；直流磁控溅射技术制备氧化钛涂层中较优的O2/Ar气体分压比为8/32和10/20。 采用优选工艺，对三个实际航空发动机喷嘴部件进行表面改性处理，并对表面处理后部件的表面形貌、表面成分、物相、接触角进行了表征，从理论上分析了两种表面改性方法的抗结焦积碳性能。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】朱岳麟

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