[發明專利]基于邊界抽吸的超燃沖壓發動機爆震穩定控制系統

有效

• 申請號: 201811226388.1
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109441662B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 蔡曉東;梁劍寒;林志勇;劉世杰;陳偉強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: F02K7/14
• 分類號: F02K7/14;F23R3/00;F23R3/16;F23R3/26
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

一種基于邊界抽吸的超燃沖壓發動機爆震穩定控制系統，包括超燃沖壓發動機、爆震波狀態監測系統和壁面邊界抽吸控制系統，在超燃沖壓發動機其燃燒室內設置抽吸裝置，抽吸裝置與壁面邊界抽吸控制系統連接并由其控制；爆震波狀態監測系統實時檢測爆震波的實時傳播位置，并將爆震波的實時傳播位置傳輸給壁面邊界抽吸控制系統，壁面邊界抽吸控制系統根據爆震波的實時傳播位置信息確定當前有效抽吸區域，開啟抽吸裝置對當前有效抽吸區域進行壁面邊界抽吸，隨著爆震波的前傳，爆震波的實時傳播位置動態變化，壁面邊界抽吸系統根據爆震波的實時傳播位置的變化動態改變抽吸裝置對應的有效抽吸區域。本發明能夠同步實現爆震波的動態穩定與高效燃燒。

技術領域

本發明涉及超聲速來流條件下爆震動態穩定傳播控制技術領域，具體涉及的是一種基于邊界抽吸的超燃沖壓發動機爆震穩定控制系統。

背景技術

超燃沖壓發動機(Scramjet)在高馬赫(Ma>5)飛行條件下性能優良，已經成為高超聲速飛行器推進系統的首選方案。然而，結合當前的研究以及美國X-51A飛行試驗可以得知，超燃沖壓發動機驗證機的加速性能并不明顯，凈推力偏小。因此，基于當前研究，迫切需要改善發動機推力性能。超燃沖壓發動機按照布萊頓(Brayton)等壓燃燒循環設計，其熱力循環效率遠低于近似等容循環的爆震燃燒。因而如果能夠在超聲速氣流中實現爆震燃燒，即使是局部爆震燃燒，發動機的推力性能極有可能獲得大幅提升。

超燃沖壓發動機已經逐漸走向工程應用，但是基于爆震燃燒的新型超燃沖壓發動機概念設計目前還沒有見諸報道。利用超燃沖壓發動機相對成熟的工程化經驗，在燃燒室中采用爆震燃燒替換等壓燃燒模式，相對于其它類型爆震發動機而言能夠盡快實現基于爆震燃燒發動機。現有技術中，也有人開展過超聲速氣流中采用熱射流實現爆震起爆的實驗和數值模擬研究，有助于加深對燃燒室超聲速氣流中爆震起爆的認識。這些基礎研究中均采用一個獨立供應燃料和氧化劑的熱射流管進行熱射流噴注與點火起爆，沒有考慮具體的發動機應用實現。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基于邊界抽吸的超燃沖壓發動機爆震穩定控制系統。本發明針對超聲速爆震動態穩定抽吸控制系統進行優化，設置超聲速爆震波狀態監測系統，獲取有效抽吸邊界范圍，然后采用壁面邊界抽吸控制系統進行抽吸控制，從而同步實現爆震波的動態穩定與高效燃燒。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案是：

基于邊界抽吸的超燃沖壓發動機爆震穩定控制系統，包括超燃沖壓發動機、爆震波狀態監測系統和壁面邊界抽吸控制系統，在超燃沖壓發動機上設有能夠對超燃沖壓發動機其燃燒室進行壁面邊界抽吸的抽吸裝置，抽吸裝置與壁面邊界抽吸控制系統連接并由其控制；爆震波狀態監測系統實時檢測爆震波的實時傳播位置，并將爆震波的實時傳播位置傳輸給壁面邊界抽吸控制系統，壁面邊界抽吸控制系統根據爆震波的實時傳播位置信息確定當前有效抽吸區域，當前有效抽吸區域為爆震波的實時傳播位置后的一段長度與燃燒室的高度相等的燃燒室區域，開啟抽吸裝置對有效抽吸區域進行壁面邊界抽吸，隨著爆震波的前傳，爆震波的實時傳播位置動態變化，壁面邊界抽吸系統根據爆震波的實時傳播位置的變化動態改變抽吸裝置對應的有效抽吸區域。

抽吸裝置包括抽吸孔、抽吸泵、控制各抽吸孔開關的電子閥門以及連通在抽吸孔與抽吸泵之間的管路。在超燃沖壓發動機其燃燒室的上、下側壁面上均順著燃燒室的長度方向等間距開設有多個抽吸孔，抽吸孔聯通燃燒室壁內的管路且通過管路與抽吸泵連接；各抽吸孔聯通的管道上均設有電子閥門，各抽吸孔通過電子閥門實現獨立的開關控制；各電子閥門以及抽吸泵均與壁面邊界抽吸控制系統連接；抽吸泵的抽吸強度由壁面邊界抽吸控制系統控制；壁面邊界抽吸控制系統通過控制各電子閥門的開關進而實現各抽吸孔開關的控制。

在超燃沖壓發動機其燃燒室的一側壁面上順著燃燒室的長度方向等間距安裝有多個壓力傳感器，各壓力傳感器與爆震波狀態監測系統連接，各壓力傳感器將監測到的壓力信號實時傳輸給爆震波狀態監測系統，爆震波狀態監測系統根據各壓力傳感器檢測到的壓力信號判斷爆震波的實時傳播位置。