[發明專利]一種基于滾動測頻的旋轉爆震發動機起爆過程在線檢測方法

在審

• 申請號: 202310063994.0
• 申請日: 2023-02-01
• 公開（公告）號: CN115950641A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 李凌蔚;龐淑偉;張天宏;張義寧;潘虎
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;北京動力機械研究所
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種基于滾動測頻的旋轉爆震發動機起爆過程在線檢測方法。旋轉爆震發動機的起爆具有不確定性、不規則性及過渡性，無法準確快速的判斷起爆狀態嚴重影響控制系統效率及可靠性。所述方法通過模擬電路將爆震波頭周向運動產生的不規則高頻壓力信號調理成規則的方波信號，結合軟件程序滾動采集固定時間窗口內的脈沖個數，通過測頻法計算得到當前時間窗口內爆震波頭的轉動頻率，根據連續數個時間窗口內測得的頻率與所設定閾值的比較判斷起爆過程是否完成。該方法利用模擬電路處理壓力信號，無需對其進行高速采樣，采用滾動測頻計算連續時間窗口內的信號頻率，避免發生誤檢，兼具實時性和準確性，解決了旋轉爆震發動機起爆過程在線檢測的難題。

技術領域

本發明涉及一種基于滾動測頻的旋轉爆震發動機起爆過程在線檢測方法，屬于航空發動機控制領域，基于該方法可以實現旋轉爆震發動機起爆過程準確且及時地捕獲與判斷。

背景技術

當前，包括渦輪發動機、沖壓發動機在內的大多航空航天動力裝置主要還是采用常規的等壓燃燒方式。這類發動機發展已經日漸成熟，受到基于等壓燃燒的Brayton循環效率及材料結構等方面的限制，進一步大幅提高此類發動機的推進效率變得非常困難。因此近似等容燃燒的爆震發動機成為高超聲速推進系統的研究熱點。

旋轉爆震發動機作為爆震發動機中最為重要的類型之一，相較于脈沖爆震發動機相比，它具有爆震波旋轉頻率高、推力穩定、燃燒室軸向尺寸小、只需一次起爆即可實現連續爆震燃燒、對點火系統依賴度不高等優勢；相較于斜爆震發動機相比，它對來流空氣的速度要求更低，可在較寬馬赫范圍內工作，在當前技術條件下具有更強的可實現性。因此，旋轉爆震發動機成為近年來廣受關注的爆震發動機。

在以往的航空航天推進系統控制邏輯中，通常不需要對燃燒室內的壓力波動進行檢測，因為燃燒室內是否成功點火極易判斷。然而，由于旋轉爆震燃燒自身的特殊性，簡單的點火判斷不能夠判定是否成功處于爆震狀態。根據爆震波頭周向運動的特點，布置在相應位置的壓力傳感器/離子探針型壓力傳感器會周期性地檢測到壓力脈動，這種燃燒室內壓力高頻、周期性的波動，是檢測是否處于旋轉爆震燃燒狀態的關鍵性標志。對于航空航天發動機而言，其飛行包線具有跨速域、跨空間的特點。為了保證發動機能夠在全包線范圍內能夠安全穩定地工作，控制系統將通過各類控制算法實現對發動機的全過程控制，這就包括了對旋轉爆震燃燒關鍵性特征的檢測與反饋控制。因此，需要結合旋轉爆震的特點開發相應的功能，推算出爆震波頭的周向運動頻率，從而輔助判斷是否成功進行旋轉爆震燃燒。

在現有技術的支持下，旋轉爆震發動機臺架試車時是否成功起爆往往需要試驗人員現場根據現象和經驗進行判斷，為了更為準確地判斷起爆狀態，試驗人員通常講燃燒室內壓力傳感器信號進行保存，通過對燃燒室內壓力的離線處理來判斷起爆是否成功。這種做法在研制初期固然可以幫助判斷試驗是否成功，但是航空航天發動機的控制系統是一個高實時性系統，離線的判斷處理會影響控制系統的效率和可靠性。因此亟需一種面向控制應用需求、能夠及時且準確判斷出旋轉爆震起爆狀態的在線檢測方法，以為控制系統的開發和研制驗證提供支持。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于解決現有的技術空白，提供一種基于滾動測頻的旋轉爆震發動機起爆過程在線檢測方法，在無需高頻采樣的情況下，完成燃燒室內高頻壓力信號的處理，并推算出爆震波頭周向轉動的頻率，從而判斷旋轉爆震的起爆過程是否完成。本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于滾動測頻的旋轉爆震發動機起爆過程在線檢測方法，具體包括以下步驟：

步驟1：通過模擬電路將爆震波頭周向運動掃過燃燒室內相應測點壓力傳感器產生的不規則高頻壓力信號調理成規則的方波信號；

進一步地，步驟1中所述模擬電路通過電容隔直、信號濾波、信號放大、滯環比較等方法，將燃燒室內壓力傳感器的高頻脈動信號調理成規則的高頻方波信號；

特別地，步驟1中所述模擬電路通過多路開關選擇不同大小的電阻，從而改變滯環比較寬度，以適應不同的壓力信號。