航空发动机喷嘴结焦积碳的原因分析及解决途径的研究

【类型】学位论文

【作者】黄艳斐 

【关键词】 航空发动机喷嘴 结焦积碳 界面张力 表面处理 胶质

【摘要】数十年来，航空发动机喷嘴的结焦积碳问题一直影响着航空飞行器的使用寿命。航空发动机一旦产生结焦积碳，就会在喷嘴零部件表面沉淀、聚集和长大，达到一定程度时甚至可堵塞发动机喷嘴，致使发动机的燃油消耗增加，动力性能下降，火焰偏向烧蚀严重，对飞行器的飞行安全构成了严重的威胁。结焦积碳是航空燃料在氧和Fe、Ni等金属元素的催化作用下，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。目前，航空发动机的结焦积碳问题已经引起了世界航空大国的广泛关注和重视。美国、俄罗斯、欧盟以及我国对结焦积碳的形成机理均有一定的研究，但仍未从根本上找到解决喷嘴结焦积碳问题的途径。为了深入了解航空发动机喷嘴的结焦积碳问题，本文分析了航空发动机喷嘴零部件上结焦积碳的微观形貌和性质，为寻找解决航空发动机喷嘴结焦积碳的新途径奠定了基础。通过采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)对航空发动机喷嘴零部件结焦积碳的微观形貌、元素等方面进行了深入分析。分析了喷嘴零部件的结构、材质及表面粗糙度与结焦积碳性质之间的关系，寻找到了引起航空发动机喷嘴产生结焦积碳的主要物质并分析了各种形貌的结焦积碳的形成机理。同时，本研究设计完成了表面处理流程的优化选择，寻找到了流程步骤中预处理阶段以及还原阶段的最合适方法。采用20种工艺方法对试片进行了表面处理，测定了各种处理前、后的界面张力值。同时对实验室原有设备进行改造，利用改造后的设备进行了表面处理方法前、后试片的结焦积碳的比较与分析，通过考察胶质质量分析了处理后试片对燃料热安定性能的影响。通过一系列的研究，寻找到了界面张力以及界面张力改变值与结焦积碳和胶质质量之间的关系，并从中获得了最有效的工艺参数。

【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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