一种斜爆震波驻定控制方法及变几何燃烧室技术

本发明专利技术提供一种斜爆震波驻定控制方法及变几何燃烧室，该方法中的发动机包括吸气式进气道、变几何燃烧室、尾喷管、控制系统；燃烧室包括可调内壁和固定外壁，采用几何结构一体化设计；内壁前连进气道，可活动拐点，后连尾喷管；超声速可燃气体经过进气道压缩进入燃烧室，经外壁第二斜劈起爆产生斜爆震波，并把监控信号传输给输出控制模块以调整燃烧室内壁前后段之间的夹角，控制可活动拐点位置和尾喷管的扩张角度，使燃烧室内形成可持续驻定的斜爆震波，爆震燃烧产物进入超声速喷管，产生推力。本发明专利技术的能够有效控制起爆位置移动区间，自动控制路径优化，并且降低工程应用时改进和扩展难度，空间设计更加灵活，提高了实际应用可操作性。

【技术实现步骤摘要】
一种斜爆震波驻定控制方法及变几何燃烧室
本专利技术涉及吸气式高超声速推进
，特别是涉及一种斜爆震波驻定控制方法。此外，本专利技术还涉及一种基于上述斜爆震波驻定控制方法的变几何燃烧室。
技术介绍
高超声速飞行器的重要发展方向之一，是更高的飞行马赫数和更强的机动性。这对飞行器推进系统的性能提出了更高的要求。然而目前传统的动力技术难以满足高超声速飞行的需求。根据热力学理论分析，提高放热区的压力，对于改进各类发动机的性能有明显的作用。爆震燃烧通过激波压缩提高放热区压力，从原理上可望实现较高的热循环效率。近几十年，研究人员基于爆震燃烧提出了三种推进方案：脉冲爆震、旋转爆震和斜爆震，并对相关问题开展了广泛的研究。其中斜爆震能在高超声速来流中组织燃烧，可望实现马赫数10及其以上的吸气式高超声速推进的技术突破。由于在燃烧室中引入了爆震波，传统的发动机构型和燃烧组织手段不再适用。组织斜爆震燃烧的技术难点来自两个方面：稳定点火和保持爆震波驻定。为解决非定常来流下燃烧室内壁有可能导致的斜爆震波无法在燃烧实内驻定的问题。现有技术公开了很多方案，基本思想可归纳为三种：1.把非定常来流调整到准定常状态；2.采用无内壁构型；3.控制斜爆震波与内壁的相互作用位置。基于思想1提出的现有技术方案，往往需要设置额外的控制系统，抑制来流的非定常状态，实现对来流的主动控制，使其保持在设计燃烧室的可驻定范围内。此方案被迫需要设置大量额外的设备，不可避免地增加了发动机的自重和设计复杂程度；基于思想2提出的方案，提出新的燃烧室构型，消除了定常来流环境下内壁对斜爆震波的影响，然而面对非定常来流，新构型的适用性被削弱，会出现许多新的不可控的问题；本申请的方案基于思想3，是在传统结构的基础上提出的改进方案。目前已公开的基于思想3提出的技术方案包括以下实现方式：1.动态可调起爆斜劈。通过调整起爆斜劈角度，控制斜爆震波与内壁的作用位置；2.设置热射流装置。利用热射流削弱内壁对斜爆震波的影响；3.调整斜爆震波起爆位置。通过动态调整位置，间接控制斜爆震波与内壁的作用位置；目前已公开的实施方案的不足在于：动态控制方案的调节手段单调，完全依赖对起爆斜劈的调整，对斜爆震的调控区间有限；热射流方案设置了额外的起爆系统，削弱内壁影响的同时，不可避免地形成更加复杂的波系结构，一定程度上不利于爆震燃烧的稳定；且上述方案都未针对斜爆震波可能出现的短暂失控，给出对应的解决手段。因此如何在不设置复杂构型的前提下，尽可能简化额外控制系统，同时提高对斜爆震波的驻定控制能力，降低技术难度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员公知的现有技术。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术提出了一种斜爆震波驻定控制方法，实现爆震波的驻定控制。本专利技术的另一目的是提供一种基于斜爆震波驻定控制方法的变几何燃烧室。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种斜爆震波驻定控制方法，其特征在于，该方法中的发动机包括吸气式进气道、变几何燃烧室、尾喷管、控制系统；燃烧室上游连接进气道，下游连接尾喷管；三者之间采用几何结构无明显分界的一体化设计。燃烧室包括可调内壁和固定外壁，燃烧室内壁分为前后两段，前段连接进气道内壁，后段连接尾喷管内壁，前后段之间采用可活动拐点连接，并设置有贯穿拐点上下游的爆震波排泄通道；外壁包括两道斜劈，燃烧室入口为第一斜劈，向下游位置为第二斜劈；控制系统包括爆震波监测器、动作控制器、控制阀、调节装置和用于设备之间传输信号的线路；其中动作控制器包括信号输入模块、信号处理器、输出控制模块；爆震波监测器设置在燃烧室内壁和固定外壁；超声速可燃气体经过进气道压缩进入燃烧室，经外壁起爆产生斜爆震波，爆震波监测器实时监控斜爆震波信号，并把信号传输给动作控制器；动作控制器中的信号输入模块接收爆震波监测器、控制阀、调节装置的信号，并将信号传输给信号处理器；信号处理器分析信号后发出控制信号给输出控制模块，输出控制模块根据控制信号运行控制阀和调节装置；用于调整燃烧室内壁前后段之间的夹角，控制可活动拐点位置和尾喷管的扩张角度，从而使燃烧室内形成可持续驻定的斜爆震波，爆震燃烧产物进入超声速喷管，产生推力。优选的，燃烧室前段内壁设置有用于监控斜爆震波波面与内壁的作用位置的爆震波监测器一、爆震波监测器二、爆震波监测器三，三个监测器沿来流方向纵向分布；燃烧室外壁设置有监控斜爆震波的起爆位置的爆震波监测器四；爆震波监测器一和爆震波监测器二设置在紧邻排泄通道的上游；爆震波监测器三设置在紧邻拐点的上游；爆震波监测器四设置在固定外壁第二斜劈的中段，紧邻拐点活动行程的上游位置。优选的，动作控制器设置有两种模式：自动控制模式和手动控制模式。优选的，动作控制器两种模式的运作方法是：默认为自动控制模式，当动作控制器接收到信号却未作出对应控制动作时，判定为自动控制失效，自动切换到手动控制模式并提示驾驶员或操作员进行手动控制。本专利技术提供一种基于斜爆震波驻定控制方法的变几何燃烧室。一种基于斜爆震波驻定控制方法的变几何燃烧室，包括吸气式进气道、变几何燃烧室、尾喷管、控制系统；燃烧室上游与进气道相连，下游连接尾喷管；三者之间采用几何结构无明显分界的一体化设计，燃烧室包括可调内壁和固定外壁，燃烧室内壁分为前后两段，前段连接进气道内壁，后段连接尾喷管内壁，前后段之间用可活动拐点连接，拐点附近设置有排泄通道；可调内壁设置有可旋转的第一调整点、拐点、第三调整点、可旋转的第四调整点和各点之间的活动壁面，第一调整点与进气道内壁固定相连，第四调整点与尾喷管固定相连，第一调整点与拐点通过活动壁面相连，拐点与第三调整点通过活动壁面相连，第三调整点与第四调整点通过活动壁面相连；外壁包括两道斜劈，燃烧室入口为第一斜劈，向下游位置为第二斜劈；控制系统包括爆震波监测器、动作控制器、控制阀、调节装置和用于设备之间传输信号的线路；动作控制器包括信号输入模块、信号处理器、输出控制模块；在燃烧室内壁和外壁都布置有爆震波监测器；优选的，燃烧室内壁前后两段之间形成以拐点为顶点，拐点两侧活动壁面为夹角两边的钝角，理论取值范围为90-180°.优选的，通过同时调节燃烧室内壁前后两段位置改变所述钝角的取值。优选的，通过分别调节燃烧室内壁前后两段位置改变所述钝角的取值。优选的，可调内壁拐点附近设置三孔排泄通道，拐点上游位置的两个孔用于吸收失稳的爆震波，拐点下游位置的孔用于排出爆震产物。通道的分布状态、截面形状及数量可根据实际情况设置。优选的，固定外壁设置有光滑平面的第一斜劈、第二斜劈，第一斜劈位于燃烧室入口，第二斜劈位于下游位置；两道斜劈之间的夹角的角度差为5-15°。同一直角坐标系下，第一斜劈角度小于燃烧室内壁前段的最小角度，第一斜劈的长度小于远小于第二斜劈长度。本专利技术的有益技术效果是：1.控制手段多样。现有方案对爆震波与内壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斜爆震波驻定控制方法，其特征在于，该方法中的发动机包括吸气式进气道、变几何燃烧室、尾喷管、控制系统；燃烧室上游连接进气道，下游连接尾喷管，三者之间采用几何结构无明显分界的一体化设计；燃烧室包括可调内壁和固定外壁，其中内壁分为前后两段，前段连接进气道内壁，后段连接尾喷管内壁，前后段之间采用可活动拐点连接，并设置有贯穿拐点上下游的爆震波排泄通道；外壁包括两道斜劈，燃烧室入口为第一斜劈，向下游位置为第二斜劈；控制系统包括爆震波监测器、动作控制器、控制阀、调节装置和用于设备之间传输信号的线路；其中动作控制器包括信号输入模块、信号处理器、输出控制模块；爆震波监测器设置在燃烧室内壁和固定外壁；/n超声速可燃气体经过进气道压缩进入燃烧室，经外壁第二斜劈起爆产生斜爆震波，爆震波监测器实时监控斜爆震波信号，并把信号传输给动作控制器；动作控制器中的信号输入模块接收爆震波监测器、控制阀、调节装置的信号，并将信号传输给信号处理器；信号处理器分析信号后发出控制信号给输出控制模块，输出控制模块根据控制信号运行控制阀和调节装置；用于调整燃烧室内壁前后段之间的夹角，控制可活动拐点位置和尾喷管的扩张角度，从而使燃烧室内形成可持续驻定的斜爆震波，爆震燃烧产物进入超声速喷管，产生推力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种斜爆震波驻定控制方法，其特征在于，该方法中的发动机包括吸气式进气道、变几何燃烧室、尾喷管、控制系统；燃烧室上游连接进气道，下游连接尾喷管，三者之间采用几何结构无明显分界的一体化设计；燃烧室包括可调内壁和固定外壁，其中内壁分为前后两段，前段连接进气道内壁，后段连接尾喷管内壁，前后段之间采用可活动拐点连接，并设置有贯穿拐点上下游的爆震波排泄通道；外壁包括两道斜劈，燃烧室入口为第一斜劈，向下游位置为第二斜劈；控制系统包括爆震波监测器、动作控制器、控制阀、调节装置和用于设备之间传输信号的线路；其中动作控制器包括信号输入模块、信号处理器、输出控制模块；爆震波监测器设置在燃烧室内壁和固定外壁；
超声速可燃气体经过进气道压缩进入燃烧室，经外壁第二斜劈起爆产生斜爆震波，爆震波监测器实时监控斜爆震波信号，并把信号传输给动作控制器；动作控制器中的信号输入模块接收爆震波监测器、控制阀、调节装置的信号，并将信号传输给信号处理器；信号处理器分析信号后发出控制信号给输出控制模块，输出控制模块根据控制信号运行控制阀和调节装置；用于调整燃烧室内壁前后段之间的夹角，控制可活动拐点位置和尾喷管的扩张角度，从而使燃烧室内形成可持续驻定的斜爆震波，爆震燃烧产物进入超声速喷管，产生推力。


2.根据权利要求1所述一种斜爆震波驻定控制方法，其特征在于，燃烧室内壁前段设置有用于监控斜爆震波波面与内壁相互作用位置的爆震波监测器一、爆震波监测器二、爆震波监测器三，三个监测器沿来流方向纵向分布，燃烧室外壁设置有监控斜爆震波起爆位置的爆震波监测器四；爆震波监测器一和爆震波监测器二设置在紧邻排泄通道的上游；爆震波监测器三设置在紧邻拐点的上游；爆震波监测器四设置在固定外壁第二斜劈的中段，紧邻拐点活动行程的上游位置。


3.根据权利要求1所述一种斜爆震波驻定控制方法，其特征在于，动作控制器设置有两种模式：自动控制模式和手动控制模式。


4.根据权利要求3所述一种斜爆震波驻定控制方法，其特征在于，动作控制器两种模式的运作方法是：默认为自动控制模式，当动作控制器接收到信号却未作出对应控制动作时，判定为自动控制失效，自动切换到手动控制模式并提示驾驶员或操作员进行手动控制。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：滕宏辉，郗雪辰，王宽亮，张宇航，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11