Fuel-flexible aircraft propulsion systems using compression ignition engines will require novel strategies for reducing the ignition delay of low-reactivity fuels to feasible timescales. Hot surface ignition of fuel sprays has been implemented in some practical situations, but the complex nature of flame formation within the spray structure poses significant challenges. In order to design next-generation ignition devices, the capacity of hot surface heating elements to promote fuel spray ignition must be investigated. In this study, a rapid compression machine (RCM) was used to examine the ignition process of a single kerosene-based F-24 jet fuel spray with a cylindrical heating element inserted into the spray periphery. The experiments, performed with moderately high injection pressures of 40 MPa, have demonstrated two modes of ignition governed by surface temperature and insertion depth of the heating element. There exists an optimal position where the heating element tip is located in the fuel vapor cone around the liquid spray. For this configuration, a critical surface temperature was identified (∼1250 K), above which short ignition delays associated with a “spray ignition” mode are consistently achieved. In this case, a local ignition flame kernel propagates downstream to the flame lift-off length before full ignition of the spray. In comparison, below the critical temperature a slower “volumetric” mode results. The extended ignition delays associated with this mode may be impractical for compression ignition engines operating at high speeds and increased altitude.

使用压缩点火发动机的灵活燃料的飞机推进系统将需要新颖的策略，以将低反应性燃料的点火延迟降低到可行的时标。在某些实际情况下已经实现了燃料喷雾的热表面点火，但是在喷雾结构中火焰形成的复杂性质提出了巨大的挑战。为了设计下一代点火装置，必须研究热表面加热元件促进燃油喷雾点火的能力。在这项研究中，使用快速压缩机（RCM）来检查单个煤油基F-24喷气燃料喷雾的着火过程，并将圆柱形加热元件插入喷雾外围。在40 MPa的适度高注射压力下进行的实验，已经证明了由表面温度和加热元件的插入深度决定的两种点火方式。存在一个最佳位置，在该位置加热元件的尖端位于液体喷雾周围的燃料蒸气锥中。对于这种配置，确定了临界表面温度（〜1250 K），在该温度以上，始终可以实现与“喷雾点火”模式相关的短暂点火延迟。在这种情况下，在完全喷射喷雾之前，局部着火的火焰核向下游传播至火焰抬起长度。相比之下，在临界温度以下会产生较慢的“体积”模式。与该模式相关联的延长的点火延迟对于在高速和高海拔下运行的压缩点火发动机而言可能是不切实际的。存在一个最佳位置，在该位置加热元件的尖端位于液体喷雾周围的燃料蒸气锥中。对于这种配置，确定了临界表面温度（〜1250 K），在该温度以上，始终可以实现与“喷雾点火”模式相关的短暂点火延迟。在这种情况下，在完全喷射喷雾之前，局部着火的火焰核向下游传播至火焰抬起长度。相比之下，在临界温度以下会产生较慢的“体积”模式。与该模式相关联的延长的点火延迟对于在高速和高海拔下运行的压缩点火发动机而言可能是不切实际的。存在一个最佳位置，在该位置上，加热元件的尖端位于液体喷雾周围的燃料蒸气锥中。对于这种配置，确定了临界表面温度（〜1250 K），在该温度以上，始终可以实现与“喷雾点火”模式相关的短暂点火延迟。在这种情况下，在完全点燃喷雾之前，局部着火的火焰核向下游传播至火焰抬起长度。相比之下，在临界温度以下会产生较慢的“体积”模式。与该模式相关联的延长的点火延迟对于在高速和高海拔下运行的压缩点火发动机而言可能是不切实际的。确定了临界表面温度（〜1250 K），在该温度以上，始终可实现与“喷雾点火”模式相关的短暂点火延迟。在这种情况下，在完全喷射喷雾之前，局部着火的火焰核向下游传播至火焰抬起长度。相比之下，在临界温度以下会产生较慢的“体积”模式。与该模式相关联的延长的点火延迟对于在高速和高海拔下运行的压缩点火发动机而言可能是不切实际的。确定了临界表面温度（〜1250 K），在该温度以上，始终可实现与“喷雾点火”模式相关的短暂点火延迟。在这种情况下，在完全喷射喷雾之前，局部着火的火焰核向下游传播至火焰抬起长度。相比之下，在临界温度以下会产生较慢的“体积”模式。与该模式相关联的延长的点火延迟对于在高速和高海拔下运行的压缩点火发动机而言可能是不切实际的。