商用航空发动机燃油喷嘴雾化锥角测试技术研究.pdf
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1、Value Engineering0 引言燃油喷嘴雾化锥角简称喷雾锥角,是表征喷嘴雾化性能的重要参数之一,其特性关系到火焰稳定、燃烧效率及污染物生成1,是商用航空发动机燃油喷嘴设计的重要参数。从活塞式发动机到燃气涡轮发动机,喷雾锥角测量始终是燃料喷嘴最重要的试验参数之一。早期的喷雾锥角测量手段主要是机械式探针法,一般是在雾锥轴平面内,在距离喷口的一定距离处的两旁各设置一根探针,测量时将探针沿垂直于雾锥中轴线方向逐渐移动,直至探针刚好接触到雾锥边界,将雾锥视为二维平面图形,计算可获得锥角大小2。机械式探针法简单实用,易于操作,实用性很强,现在仍有较广泛的使用。但是锥角的边界仍然是通过目测获得,有
2、较大的主观性和局部性,无法最优逼近喷雾锥角真实值,而且测量的可重复性也比较差。20 世纪 80 年代开始,随着图形图像处理技术的应用以及可视化技术的发展,可以更加精准地直接获取雾锥的轮廓,同时还能够降低试验者的劳动强度,提高喷嘴锥角的检测效率。美国通用电气公司更加关注喷雾锥角的多维信息,设计使用了三组相机,从多个方向观察和测量喷雾锥角的变化。对于光学照相法获取的喷雾图像,锥角的提取以往通常采用的是直接目测喷雾边界,然后使用量角器(或者相似功能的软件)获得角度,仍然带有很强的主观性,尤其是当图像边界模糊时,可能导致较大的误差。中国科学院工程热物理研究所使用平面激光诱导荧光技术,获得灰度处理后的雾
3、锥图像,定义灰度积分 95%处为喷雾锥角边界3。成都航利公司通过对喷雾锥角图像二值化处理得到黑白图片,再使用最小二乘法得到喷雾锥角边界4。在目前的锥角测量技术中,锥角边界是由人工判定,具有较大的主观性和系统性误差,需要开展自动判定方法的相关研究5。1 基于雾滴散射光强分布的喷雾锥角测试方法喷雾锥角测试系统主要由相机、光源、背景、观察窗以及图像处理软件等组成,如图 1 所示。由于锥角测试对时间尺度要求不高,选用普通数码单反相机,焦距固定,通过USB 接口控制。选择红光光源照明;使用黑色背景板组装拼凑环形试验暗室。为了消除试验过程中积聚附着在观察窗上的油液,设计使用了绕圆心轴线自旋转的观察窗,将窗
4、面的燃油甩出,保持洁净。在观察窗和相机镜头之间增加了红色滤光镜,以提高对比度,最小化外界光线影响。此外照明光源和相机曝光时间也进行了平衡,以防饱和度过高,降低测试精度。瞬时喷雾场是无序的,需要使用多图处理技术进行时间平均,获得鲁棒性更好的图像3。对雾锥中心线上各点纵向光强进行分析,获得光强分布曲线,如图 2 所示。商用航空发动机燃油喷嘴雾化锥角测试技术研究Research on Commercial Aircraft Engine Fuel Nozzle Spray Cone Angle Measurement Techniques董干 DONG Gan曰张译元 ZHANG Yi-yuan曰郗
5、宁宁 XI Ning-ning(中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司,上海201306)(AECC Commercial Aircraft Engine Co.,Ltd.,Shanghai 201306,China)摘要院燃油喷嘴雾化锥角是商用航空发动机燃油喷嘴研制过程中的重要参数。为了解决人工识别喷雾锥角边界的测试方法中存在的主观性和系统性误差,采用了基于雾滴散射光强分布的喷雾锥角测试方法,开发了锥角测试系统及图像处理软件,校验了测试精度,试验验证了测试技术的可行性。结果表明该技术具备自动识别锥角功能、测试精度高、实用性较强。Abstract:The atomization cone
6、angle of fuel nozzles is an important parameter in the development process of commercial aviationengine fuel nozzles.In order to solve the subjective and systematic errors in the test method of manually identifying the boundary of spraycone angle,the spray cone angle test method based on the distrib
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