某型发动机燃油喷嘴流量调试技术研究

黄袖清　陈艳芳　郑学著　谢芳

摘要：航空发动机制造技术是机械制造技术中的核心部分，燃油喷嘴是航空发动机燃烧室的重要零件。文章通过对燃油喷嘴的结构及其工作原理进行介绍，对影响燃油喷嘴流量的因素进行分析，确定了燃油喷嘴不同状态下流量试验不合格时的调试方法，对燃油喷嘴的制造具有重要的指导意义。

关键词：燃油喷嘴；调试技术；喷嘴结构；喷嘴流量

中图分类号：V233 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0027-03

1 概述

燃油喷嘴是航空发动机的重要零件之一，它的主要功用是按照发动机不同的工作状态，供给燃烧室合适数量的、具有良好雾化质量的燃油。其中喷嘴的供油量是保证发动机推力要求、影响燃烧效率和性能的一个主要指标。所以，发动机在装配试车之前，必须将单个喷嘴的流量调试到符合设计要求，且每台发动机必须装用同一组流量的喷嘴，以保证出口温度场的均匀。

本文根据流体力学的基础知识以及加工过程中积累的经验，对某型发动机燃油喷嘴流量的调试进行了较为全面的分析和探讨。

2 燃油喷嘴结构及工作原理

某型发动机燃油喷嘴属单油路离心式喷嘴，工作时，来自总管的燃油经支管进入壳体和油滤形成的环形空间，油滤体内设有纵向铣切槽，其中的两条将燃油引入油滤，燃油沿着油滤的螺旋槽进入喷嘴壳体的通道，过滤后的燃油沿壳体的通道输送到由分流杆、涡流器、喷口组成的雾化组件，然后由喷口喷出。

燃油经过涡流器上的四个切向槽时得到很大的扭矩，并以较高的切向速度进入涡流室，燃油受喷嘴圆形壁面作用形成了旋转流动，同时，以较小的径向速度和轴向速度向喷嘴内中心孔流动，燃油到达喷口边缘时，开始以较高的轴向速度从喷口喷出。

3 影响燃油喷嘴流量的因素分析

上面对燃油喷嘴的工作原理进行了说明，下面对影响喷嘴流量的因素进行分析：

3.1 燃油喷嘴几何特性与流量的关系

基本假设：燃油为理想流体；不考虑摩擦；零件质量符合设计图纸要求。

根据该喷嘴的结构和工作原理可知：燃油在涡流室中的流动可看作是轴向运动与自由旋涡表面合成的螺旋运动。燃油在喷口中心形成一个空气涡，且这个空气涡的尺寸能保证喷嘴稳定工作时流量

最大。

切向进口通道面积增加，喷嘴几何特性参数K增加（呈线性关系），从而使流量系数μ增加，流量增加；涡流室面积增加，喷嘴几何特性参数K减小（呈方根关系），从而使流量系数μ减小，流量减小；喷口出口中心孔面积增加，喷嘴几何特性参数K减小（呈方根关系），流量系数μ减小；但由公式（1）可知，流量与中心孔面积呈线性关系增加，因此最终流量仍将增加，不过不是呈线性关系。

对某型发动机燃油喷嘴而言：=4BH（B、H分别为切向槽的宽度和深度尺寸），=π，=π。

所以，涡流器切向槽宽度B、深度H、涡流室半径R及喷口中心孔半径rc都直接影响喷嘴的流量。

3.2 零件表面质量对流量的影响

上面介绍了喷嘴结构对流量的影响，而实际调试过程中，零件表面粗糙度及喷嘴内局部状态对流量的影响也不容忽视。

零件表面粗糙度对流量的影响：当涡流器与喷口结合处表面有拉沟、划伤或有缺口时，燃油除从4个切向槽进入涡流室中外，同时也从拉沟、划伤或缺口处渗入，也就等于增大了进口通道面积，从而使流量变大。

喷嘴内局部状态对流量的影响：上面的分析考虑的是理想流体，而实际流体因粘度的变化，对喷嘴流量的影响也不容忽视。喷嘴内局部状态不同，因燃油粘性产生的局部损失不同，所以使喷嘴前后压降不一样，即喷嘴流量发生改变。

喷口的状态直接影响了燃油在喷嘴内流动时产生的局部损失的大小。由流体力学知识可知：当B处为锐边时，局部损失系数较大，因而流量较小，而B处呈光滑圆角时，局部损失系数较小，近似为零，流量就增大。

另外，涡流器4个切向槽的表面质量对流量的影响也很大，由于没有这么小的铣刀，这4个槽只能用电火花加工，而电火花加工的表面不光滑，所以流量局部损失较大。

3.3 喷口、涡流器加工的形位误差对流量的影响

燃油经涡流器的4个切向槽进入圆形壁面内，如果涡流器的大外圆对端面的垂直度Φ0.015达不到，那么涡流器与喷口就不能很好地贴合，此时燃油除从4个切向槽进入外，同时也从结合面进入，也就增大了进口通道面积，从而使流量值变得很大。

另外，燃油在圆形壁面作用下产生旋转运动，然后从Φ1.35孔噴出。如果Φ1.35孔为椭圆，则A2

变大，从而也会使流量值变大。

4 某型发动机燃油喷嘴流量调试方法

在实际工作中，应该具体情况具体分析，并采取相应的调试方法。在保证供油压力和试验温度符合要求的前提下，按前面分析的尺寸B、H、R、rc的大小对流量的影响，在进行流量调试时，改变上述几何参数来达到设计规定的流量要求。

4.1 燃油喷嘴流量偏大时的调试

4.2 燃油喷嘴流量偏小时的调试

另一种增大流量值的方法是：因喷口转接处为锐边或近似锐边，若将转接处修成光滑圆角，则可使流量增大。当对流量为1210mL/min的喷嘴修研喷口转接处后，流量可达到1270mL/min。

为了减少流量调试的难度，更好地保证零件的加工质量，我们在加工涡流器的4个切向槽时，将槽宽和槽深的尺寸加工至上差，且尺寸公差尽量控制在0.01mm范围内，以保证流量试验时流量值偏上差，又不至于超过太多。

4.3 燃油喷嘴流量值出现异常时的调试

当燃油喷嘴流量值出现异常时（与合格流量相差几百毫升每分钟），此时切不可盲目地按照上述方法进行修理，而应该仔细地分析其产生原因。

若比合格流量大几百毫升每分钟，则需将喷嘴分解，目视检查涡流器与喷口相结合表面的质量，检查表面是否有拉沟、划伤或缺口等，如果有，则必须研磨涡流器或喷口的表面；如果没有，则可能是涡流器未装到底引起，重新装到底即可；如果确信已装到底，则可能是涡流器端面与大外圆不垂直造成，必须采用专用工装校正。

若比合格流量小几百毫升每分钟，则可能是零件组合时支管与油滤的纵向铣切槽未对准造成，此时只需重新组合好就可以了。

5 结语

通过前面的讨论，我们对某型发动机燃油喷嘴流量的调试有了比较全面的认识。加工者调试时只需针对不同的情况进行修磨就可以了，这样就大大地提高了生产效率，同时也杜绝了因盲目修理而造成零件报废，节省了生产成本。在实际调试过程中，在保证喷嘴流量的同时，还要保证喷嘴的雾化质量，这也就使得喷嘴的调试工作更加复杂。

参考文献

[1] 张春霞.航空燃气涡轮发动机喷嘴制造工艺[M].

[2] 西北工业大学，南京航空学院.航空燃气涡轮发动机原理[M].

[3] 金如山.航空燃气轮机燃烧室[M].

作者简介：黄袖清（1976-），女，湖南岳阳人，中航工业南方航空工业（集团）有限公司高级工程师，研究方向：航空发动机制造技术。

（责任编辑：周加转）