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首次用X射线进行燃烧实验

2019-07-05 11:05:30 来源:

科学家首次在使用X射线的燃气轮机燃烧室中进行了实验。科学家说,这些数据将有助于推进燃气涡轮发动机设计,从而提高功率密度和效率。美国陆军研究实验室的无人驾驶飞机系统推进中心首次在使用X射线的燃气轮机燃烧室中进行了实验。科学家说,这些数据将有助于推进燃气涡轮发动机设计,从而提高功率密度和效率。这是世界上最强大的X射线源,”伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校机械科学与工程系副教授Tonghun Lee博士说,他最近与ARL合作。

Lee和他的研究生以及来自ARL UAS推进中心的合作伙伴在伊利诺伊州Argonne国家实验室的美国能源部高级光子源开设了店铺,从而进行了一项独特的实验,并持续到4月11日。

“我们将在燃气轮机燃烧室内进行与陆军相关的喷雾成像,”李说。

李说他们的实验模仿了典型的陆军直升机燃气涡轮发动机内发生的情况。

在燃气涡轮发动机内部,燃烧器被供给高压空气,该高压空气通过恒定压力加热。在加热之后,空气从燃烧器通过喷嘴导向叶片到达涡轮机,产生推力。燃烧室在确定发动机的许多运行特性(如功率密度,燃油效率和排放水平)方面起着至关重要的作用。

“我们正在进行燃烧,这是有史以来第一次在APS进行,我们正在使用X射线源对喷射器尖端的喷雾破碎进行成像,”他说。“通常,液体破裂的区域非常密集,很难在那里对任何东西进行成像。”

通过使用世界上最强大的X射线源,该团队能够穿透并了解韧带或燃烧的燃料束如何分解成小液滴。

“我们正在努力了解燃气轮机燃烧室内究竟发生了什么,以了解它如何响应不同的运行条件,”Lee说。

在该实验期间收集的数据将成为数值模拟的初始条件,这将进一步了解燃气轮机燃烧器。

“我们试图了解物理学,到目前为止我们一直在猜测,我们可以真实地使用这种X射线源进行可视化,”他说。“我们想要了解我们现在正在做什么,了解燃料的影响。当士兵在不同的位置,他们有不同类型的燃料时,它会如何影响他们的燃烧器?”

该教授表示,从长期来看,他希望实验数据能够让研究人员为未来设计出更优化的燃烧室系统。

“在过去十年左右的时间里,Advance Photon Source已经花费了大量的精力去研究喷雾液滴的分解。而且从未在现场燃烧环境中完成,”Lee说。“因此,我们制造硬件以实现这一目标,这实际上是第一次在燃烧器中燃烧燃烧的情况下完成。”

Lee虽然还是UIUC的一名教员,但他最近还接受了另一个位于伊利诺伊州ARL Central实验室区域办事处的研究员职位。陆军于2017年11月成立了ARL Central,作为其总部位于马里兰州的总部的延伸,目标是利用区域科技人才。

“很高兴看到一支ARL,UIUC和Argonne研究团队与先进光子源的独特能力合作,获得对燃料喷射和燃烧过程的前所未有的洞察力,”ARL中央区域负责人Mark Tschopp博士说。“看到这个新颖的实验是非常令人兴奋的,因为它象征着ARL Central的全部意义 - 合作加速未来陆军应用的发现和创新。”

该实验是该实验室新的UAS推进中心的第一个成就,它启动了学术界和工业界之间的大规模合作。ARL于4月2日为该中心剪彩。

“我很高兴在UAS推进中心剪彩仪式之后进行这一历史性实验,”中心创始人Chol-Bum博士“Mike”Kweon说道,他也是实验室的推进部门负责人。“我很兴奋地实时观察燃气轮机燃烧中喷雾破碎过程的质量,这在这种质量下非常难以测量。”

实验室车辆技术理事会主任Jaret Riddick博士4月4日亲自观看了这次实验。

“未来垂直升力是陆军六大现代化重点之一,”里迪克说。“未来的战术无人机将在未来垂直升降机的无人驾驶团队中发挥关键作用。”

他说,未来无人机小型发动机技术的突破将使更长的持续时间,更大的有效载荷和静音运行成为可能。

“通过新成立的UAS推进中心的研究合作伙伴关系,例如我们在阿贡国家实验室目睹的这一合作伙伴关系,将使这些突破成为支持未来垂直升力的陆军现代化优先事项,”他说。

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