伊利諾伊大學：研究人員首次進行X射線燃燒實驗

在燃氣渦輪發動機的燃燒室內，科學家們使用阿貢國家實驗室先進光子源的世界上最強的X射線源，在內部看到正式的不可見過程。

美國陸軍研究實驗室的無人駕駛飛機系統推進中心憑藉其在使用X射線的燃氣輪機燃燒室的實驗取得了歷史性的第一名。科學家表示，這些數據將有助於推動燃氣渦輪發動機設計實現更高的功率密度和效率。

「這是世界上最強的X射線源，」伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校機械科學與工程系副教授Tonghun Lee博士最近與ARL合作。

Lee和他的研究生以及ARL ARS UAS推進中心的合作夥伴在伊利諾州阿貢國家實驗室的美國能源部先進光子源商店開設了一個獨特的實驗，並持續到4月11日。

Lee說：「我們來這裡是為了與陸軍有關的燃氣輪機燃燒室內進行噴霧成像。

李說，他們的實驗模仿了典型的陸軍直升機燃氣渦輪發動機內發生的情況。

在燃氣渦輪發動機內部，燃燒器被供給由恆定壓力加熱的高壓空氣。加熱後，空氣從燃燒器通過噴嘴導向葉片到達渦輪機，產生推力。燃燒室在確定許多發動機的運行特性（如功率密度，燃油效率和排放水平）方面起著至關重要的作用。

「我們正在進行燃燒，這是APS首次完成，我們正在使用X射線源在噴油器的尖端成像噴霧分解，」他說。「通常情況下，液體分解的區域非常密集，並且很難在那裡成像任何東西。」

來自美國陸軍研究實驗室無人駕駛飛機系統推進中心的團隊成員使用強大的X射線在點火期間看到燃氣輪機燃燒室內部。研究人員希望利用這些數據來優化發動機效率。

通過使用世界上最強大的X射線源，該團隊能夠滲透並理解韌帶或燃燒的燃料鏈如何分解成小液滴。

「我們正試圖準確理解燃氣輪機燃燒室內發生的情況，以了解它如何響應不同的運行條件，」Lee說。

在這個實驗中收集的數據將成為進一步了解燃氣輪機燃燒室的數值模擬的初始條件。

「我們正試圖理解物理學，直到今天我們一直在猜測，我們真的可以使用這個X射線源進行可視化，」他說。「我們想要了解我們現在正在做什麼，了解燃料的影響，當士兵離開不同的地點，他們有不同類型的燃料時，它們將如何影響他們擁有的燃燒器？」

這位教授稍微長一點說，他希望實驗數據能夠讓研究人員為未來設計更優化的燃燒系統。

「在過去的十年里，Advance Photon Source花費了大量的精力來觀察噴霧液滴的分解，而且從來沒有在現場燃燒的環境中完成它，」Lee說。「所以我們製造了硬體來實現這一目標，實際上這是第一次使用燃燒器中的燃燒氣流進行生活。」

李，雖然仍然是UIUC的教師，但最近還接受了另一個職位，擔任伊利諾斯州ARL中心實驗室區域辦事處的研究員。作為總部位於馬里蘭州的總部的延伸，陸軍於2017年11月成立了ARL中心，旨在利用區域科技人才。

ARL中央區域負責人Mark Tschopp博士表示：「很高興看到ARL，UIUC和Argonne的研究人員與Advanced Photon Source的獨特能力一起工作，以獲得對燃料噴射和燃燒過程的前所未有的洞察力。「能夠親身體驗這個新穎的實驗真是令人興奮，因為它象徵著ARL Central的全部內容 - 合作加速未來陸軍應用的發現和創新。」

該實驗是該實驗室的新UAS推進中心的第一個成就，該中心啟動了學術界和工業界之間的大規模合作關係。4月2日，ARL為中心舉行剪綵活動。

「我非常高興能夠在UAS推進中心剪綵儀式後進行這個歷史性的實驗，」中心創始人Chol-Bum「Mike」Kweon博士說，他也是該實驗室的推進部門負責人。「我很高興看到燃氣輪機燃燒過程中的噴霧分解過程的質量實時，這是非常難以衡量的質量。」

4月4日，實驗室車輛技術總監Jaret Riddick博士親自觀看了實驗。

Riddick說：「未來垂直升力是陸軍六個現代化優先事項之一。「未來的戰術無人機將在Future Vertical Lift的有人無人合作中發揮關鍵作用。」

他說，未來無人機的小型發動機技術的突破將延長持續時間，更大的有效載荷和無聲操作。

「通過新成立的無人機推進中心（如我們在阿貢國家實驗室見到的研究中心）的研究合作夥伴關係，將使這些突破成為支持未來垂直升力的陸軍現代化優先考慮事項，」他說。

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