[發明專利]基于滑動弧放電的超燃沖壓發動機燃燒室測速裝置及方法

在審

• 申請號: 202110911036.5
• 申請日: 2021-08-10
• 公開（公告）號: CN113640542A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 朱家健;馮戎;田軼夫;蔡尊;孫永超;王成龍;汪洪波;孫明波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01P5/18
• 分類號: G01P5/18
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

基于滑動弧放電的超燃沖壓發動機燃燒室測速裝置及方法，包括滑動弧等離子體測速裝置，滑動弧等離子體測速裝置安裝在燃燒室的內壁面上，用于產生隨燃燒室內氣流的方向滑移的滑動弧等離子體；滑動弧等離子體作為氣流速度的標示物，通過測量設定時間間隔內滑動弧等離子體的移動距離，確定滑動弧等離子體的滑移速度，進而根據滑動弧等離子體的滑移速度測得燃燒室內氣流的速度。本發明的測速裝置具有不干擾燃燒室內的流場結構、受環境溫度干擾小、隨流性好、不會對燃燒室造成污染、對高速氣流測量準確性較好、適用于測量近壁面流速等優點。

技術領域

本發明屬于超燃沖壓發動機技術領域，具體涉及一種基于滑動弧放電的超燃沖壓發動機燃燒室測速裝置及方法。

背景技術

目前，國內外的主要氣流速度測量設備有熱線儀、介入式測量裝置、PIV等方法。

對于熱線儀，熱敏式風速計可以對金屬絲進行加熱，當金屬絲的溫度發生改變時，其阻值也會隨之變化，進而引起金屬絲兩端電壓的變化，系統通過對金屬絲兩端電壓的測量可以得出相應風速大小，這種測風系統受環境溫度影響較大，易受環境溫度波動干擾。

介入式測量裝置設置在流場中，其本身就影響流場，同時可能被超聲速火焰燒毀。

PIV技術在本質上是圖像分析技術的一種，它采用兩個時間間隔很短的兩個脈沖光源照亮所需要測量的流場，利用相機將所照明的流場中的示蹤粒子記錄下來，利用計算機進行圖像處理得到速度場的信息。但在高超聲速條件下，示蹤粒子的隨流性變差，且示蹤粒子難以撒播進入壁面或者凹腔區域，造成這些區域的速度難以測量。此外，示蹤粒子會對超燃沖壓發動機造成污染，難以清理干凈，可能造成發動機管路的堵塞。

發明內容

針對現有技術存在的超燃沖壓發動機燃燒室內流速測量難題，本發明提供一種基于滑動弧放電的超燃沖壓發動機燃燒室測速裝置及方法。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

基于滑動弧放電的超燃沖壓發動機燃燒室測速裝置，所述滑動弧等離子體測速裝置安裝在燃燒室的內壁面上；

所述滑動弧等離子體測速裝置包括圓柱形絕緣體、第一電極、第二電極和電源；第一電極和第二電極對稱設置在圓柱形絕緣體的頂面上，第一電極和第二電極均為條形電極，第一電極和第二電極傾斜相對設置，第一電極作為高壓電極，第一電極通過導線連接電源；第二電極作為接地電極，第二電極通過導線連接大地；

開啟電源，第一電極和第二電極間產生隨燃燒室內氣流的方向滑移的滑動弧等離子體，滑動弧等離子體作為氣流速度的標示物，通過測量設定時間間隔內滑動弧等離子體的移動距離，確定滑動弧等離子體的滑移速度，進而根據滑動弧等離子體的滑移速度測得燃燒室內氣流的速度。

具體地，開啟電源，在第一電極和第二電極的最短間距處發生擊穿，生成滑動弧等離子體，滑動弧等離子體在氣流的作用下，隨著氣流沿著電極滑移，滑動弧等離子體作為氣流速度的標示物，通過測量設定時間間隔內滑動弧等離子體的移動距離，確定滑動弧等離子體的滑移速度，進而根據滑動弧等離子體的滑移速度測得燃燒室內氣流的速度。

進一步地，作為本發明的優選方案，所述燃燒室的側壁上開設有可視窗，可視窗正對燃燒室內的滑動弧等離子體測速裝置；高速相機設置在可視窗的外側，用于對滑動弧等離子體測速裝置工作時產生的滑動弧等離子體進行拍攝；根據高速相機拍攝到的兩幅連續圖像獲得拍攝時間間隔內滑動弧等離子體的移動距離，確定滑動弧等離子體的滑移速度，進而根據滑動弧等離子體的滑移速度測得燃燒室內氣流的速度。

進一步地，作為本發明的優選方案，所述燃燒室的下金屬壁面上設置有用于安裝滑動弧等離子體測速裝置的安裝孔或者安裝槽，滑動弧等離子體測速裝置安裝在燃燒室的下金屬壁面上，圓柱形絕緣體的頂面與燃燒室的下金屬壁面齊平。

進一步地，作為本發明的優選方案，所述圓柱形絕緣體外套裝有筒狀的金屬外殼，金屬外殼通過導線與大地連接。