專利名稱:一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù):
脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用脈沖式爆震波產(chǎn)生推力的非穩(wěn)態(tài)動(dòng)力裝置,發(fā)動(dòng)機(jī)是間歇式工作的。在一定幾何尺寸下,脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率越高,其工作狀態(tài)越穩(wěn)定,噪聲越小,同時(shí)可以得到更大的推力和推重比。因此增大脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率對(duì)其實(shí)際應(yīng)用有重要意義。當(dāng)工作頻率達(dá)到IOOHz時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力趨近于連續(xù)。目前實(shí)驗(yàn)室中一般采用電磁閥控制推進(jìn)劑及隔離氣體的間歇式填充,而電磁閥的開啟與關(guān)閉需要一定的響應(yīng)時(shí)間,這就決定了電磁閥的工作頻率有一個(gè)上限。超過某一頻率,電磁閥就來不及響應(yīng),關(guān)閉不徹底。頻率越高,電磁閥將會(huì)越接近常開狀態(tài)。因此電磁閥的工作頻率上限成為了脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率提高的瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,本發(fā)明提出了一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置及其控制方法,能夠打破電磁閥對(duì)脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率的限制,提高脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為:所述一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置,包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和液態(tài)燃料供給系統(tǒng),其特征在于:所述隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成,隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯(lián)連接,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯(lián)后與隔離氣體減壓閥串聯(lián),隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接四通的兩個(gè)相對(duì)的入口 ;所述氧化劑供給系統(tǒng)由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯(lián)組成,氧化劑電磁閥出口接四通的一個(gè)入口;四通出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中;所述液態(tài)燃料供給系統(tǒng)由擠壓氣體供給源、擠壓氣體第一截止閥、擠壓氣體減壓閥、擠壓氣體第二截止閥、液態(tài)燃料源、液態(tài)燃料截止閥、液態(tài)燃料電磁閥串聯(lián)組成,液態(tài)燃料電磁閥出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中;隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力。所述一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置,包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和氣態(tài)燃料供給系統(tǒng),其特征在于:所述隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成,隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯(lián)連接,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯(lián)后與隔離氣體減壓閥串聯(lián),隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接五通的兩個(gè)不相鄰的入口 ;所述氧化劑供給系統(tǒng)由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯(lián)組成,氧化劑電磁閥出口接五通的一個(gè)入口 ;所述氣態(tài)燃料供給系統(tǒng)由氣態(tài)燃料源、氣態(tài)燃料截止閥、氣態(tài)燃料減壓閥和氣態(tài)燃料電磁閥串聯(lián)組成,氣態(tài)燃料電磁閥出口接五通的一個(gè)入口 ;五通的出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中;隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力以及氣態(tài)燃料源的氣體供給壓力。所述一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制方法,其特征在于:氧化劑供給系統(tǒng)和液態(tài)燃料供給系統(tǒng)中的閥體處于常開狀態(tài),在脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作周期的前半個(gè)周期內(nèi),脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火器和隔離氣體第一電磁閥工作,在點(diǎn)火器點(diǎn)火后,隔離氣體第一電磁閥打開,在在脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作周期的后半個(gè)周期內(nèi),點(diǎn)火器和隔離氣體第二電磁閥工作,在點(diǎn)火器點(diǎn)火后,隔離氣體第二電磁閥打開。所述一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制方法,其特征在于:點(diǎn)火器的點(diǎn)火占空比為0.01,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥的打開占空比為0.3。有益效果本發(fā)明將氧化劑和燃料通路的閥體常開,而兩套并聯(lián)隔離氣體通路的電磁閥交替工作,在每個(gè)隔離氣體電磁閥工作之前點(diǎn)火一次,點(diǎn)火頻率為隔離氣體電磁閥工作頻率的兩倍。隔離氣體與氧化劑在四通處匯合,當(dāng)隔離氣體通路關(guān)閉時(shí),氧化劑正常供給,當(dāng)隔離氣體通路打開時(shí),隔離氣體壓力大于氧化劑供給壓力,可以阻斷氧化劑的供給,并有效實(shí)現(xiàn)隔離作用,這樣脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率可以達(dá)到電磁閥最高工作頻率的兩倍,即在采用相同電磁閥的前提下,本方案可使脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)兩倍于采用傳統(tǒng)控制方法的工作頻率。另外,當(dāng)燃料為氣態(tài)時(shí),可以將燃料供給通路接到五通處,這樣改進(jìn)的目的是為了使燃料與氧化劑更好地混合,并得到更好的隔離效果。
圖1:本發(fā)明實(shí)施例1中的控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖;圖2:本發(fā)明實(shí)施例2中的控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖;圖3:在一個(gè)工作周期內(nèi),隔離氣體電磁閥與點(diǎn)火器的工作時(shí)序圖;圖4:實(shí)施例中的脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力波形圖。其中:1、擠壓氣體氣瓶;2、截止閥,其中2-1為擠壓氣體第一截止閥,2-2為擠壓氣體第二截止閥,2-3為液態(tài)燃料截止閥,2-4為氧化劑截止閥,2-5為隔離氣體截止閥,2-6為氣態(tài)燃料截止閥;3、減壓閥,其中3-1為擠壓氣體減壓閥,3-2為氧化劑減壓閥,3-3為隔離氣體減壓閥,3-4為氣態(tài)燃料減壓閥;4、燃料箱;5、電磁閥,其中5-1為液態(tài)燃料電磁閥,5-2為隔離氣體第二電磁閥,5-3為氧化劑電磁閥,5-4為隔離氣體第一電磁閥,5-5為氣態(tài)燃料電磁閥;6、爆震管;7、火花塞;8、防回火裝置;9、四通;10、氧化劑氣瓶;11、隔離氣體氣瓶;12、五通。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明:
實(shí)施例1:參照附圖1,本實(shí)施例中的脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和液態(tài)燃料供給系統(tǒng)。隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體氣瓶11、隔離氣體截止閥2-5、隔離氣體減壓閥3-3以及隔離氣體第一電磁閥5-4和隔離氣體第二電磁閥5-2組成。隔離氣體氣瓶11、隔離氣體截止閥2-5與隔離氣體減壓閥3-3串聯(lián)連接,隔離氣體第一電磁閥5-4和隔離氣體第二電磁閥5-2并聯(lián)后與隔離氣體減壓閥3-3串聯(lián),隔離氣體第一電磁閥5-4與隔離氣體第二電磁閥5-2的出口分別接四通9的兩個(gè)相對(duì)的入口。氧化劑供給系統(tǒng)由氧化劑氣瓶10、氧化劑截止閥2-4、氧化劑減壓閥3-2和氧化劑電磁閥5-3串聯(lián)組成。氧化劑電磁閥出口接四通9的一個(gè)入口。四通出口經(jīng)過防回火裝置8通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管6中。液態(tài)燃料供給系統(tǒng)由擠壓氣體氣瓶1、擠壓氣體第一截止閥2-1、擠壓氣體減壓閥3-1、擠壓氣體第二截止閥2-2、燃料箱4、液態(tài)燃料截止閥2-3、液態(tài)燃料電磁閥5-1串聯(lián)組成。液態(tài)燃料電磁閥出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管6中。本實(shí)施例中,采用液態(tài)汽油作為燃料,氮?dú)庾鳛閿D壓氣體,50%氧氣與50%氮?dú)饣旌衔镒鳛檠趸瘎?,氮?dú)庾鳛楦綦x氣體。在爆震管前安裝噴注器對(duì)汽油進(jìn)行霧化,在爆震管的爆震波傳播段等距離安放三個(gè)壓力傳感器pl,P2,p3,分別測(cè)量各處的壓力。工作時(shí),各通路之間需要按一定的時(shí)序供給,氧化劑供給系統(tǒng)和液態(tài)燃料供給系統(tǒng)中的閥體處于常開狀態(tài),控制兩路隔離氣體的兩個(gè)電磁閥交替工作,每次工作之前火花塞點(diǎn)火一次,即在脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作周期的前半個(gè)周期內(nèi),脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火器和隔離氣體第一電磁閥工作,在點(diǎn)火器點(diǎn)火后,隔離氣體第一電磁閥打開,在在脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作周期的后半個(gè)周期內(nèi),點(diǎn)火器和隔離氣體第二電磁閥工作,在點(diǎn)火器點(diǎn)火后,隔離氣體第二電磁閥打開。當(dāng)隔離氣體電磁閥關(guān)閉時(shí),氧化劑正常供給,而當(dāng)隔離氣體電磁閥打開時(shí),由于隔離氣體供給壓力大于氧化劑氣體供給壓力,從而在實(shí)現(xiàn)隔離氣體正常供給的同時(shí)阻斷氧化劑供給,也減少了氧化劑不必要的浪費(fèi)。參照附圖3,控制系統(tǒng)輸出五路方波信號(hào)分別控制四個(gè)電磁閥和一個(gè)點(diǎn)火器工作,氧化劑通路與燃料通路的電磁閥保持打開狀態(tài),點(diǎn)火器在一個(gè)工作周期內(nèi)兩次點(diǎn)火,點(diǎn)火相位在60°和239°,占空比均為0.01,下降沿點(diǎn)火,控制兩路隔離氣體的電磁閥分別在相位為72°和251°處打開,占空比為0.3。本實(shí)施例中利用電磁閥控制燃料、氧化劑及隔離氣體的時(shí)序供給,點(diǎn)火頻率為隔離氣體通路電磁閥工作頻率的兩倍,利用爆震管上的三個(gè)壓力傳感器pl,p2,p3采集壓力隨時(shí)間變化的曲線,判斷是否形成了爆震波。實(shí)施例中隔離氣體通路電磁閥的工作頻率最高達(dá)到了 28Hz,pl, p2, p3對(duì)應(yīng)的壓力變化曲線如附圖4所示。從圖中可以看出脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率達(dá)到了 56Hz,是電磁閥工作頻率的兩倍。上述結(jié)果表明,這種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制方法是可行的。在四通處,兩路隔離氣體在供給過程中均有效阻斷了氧化劑的供給;發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率可以達(dá)到電磁閥工作頻率的兩倍,大大降低了電磁閥最大工作頻率對(duì)脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率的限制。實(shí)施例2:
本實(shí)施例中的脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置,包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和氣態(tài)燃料供給系統(tǒng)。隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體氣瓶11、隔離氣體截止閥2-5、隔離氣體減壓閥3-3以及隔離氣體第一電磁閥5-4和隔離氣體第二電磁閥5-2組成。隔離氣體氣瓶、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯(lián)連接,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯(lián)后與隔離氣體減壓閥串聯(lián),隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接五通12的兩個(gè)不相鄰的入口。氧化劑供給系統(tǒng)由氧化劑氣瓶10、氧化劑截止閥2-4、氧化劑減壓閥3-2和氧化劑電磁閥5-3串聯(lián)組成,氧化劑電磁閥出口接五通的一個(gè)入口。氣態(tài)燃料供給系統(tǒng)由氣態(tài)燃料箱、氣態(tài)燃料截止閥2-6、氣態(tài)燃料減壓閥3-4和氣態(tài)燃料電磁閥5-5串聯(lián)組成,氣態(tài)燃料電磁閥出口接五通的一個(gè)入口。五通12的出口經(jīng)過防回火裝置8通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中。本實(shí)施例中,氣態(tài)燃料與氧化劑在五通處匯合,可以得到更好的混合效果,當(dāng)隔離氣體通路打開時(shí),隔離氣體的供給壓力大于燃料和氧化劑的氣體供給壓力,可以在實(shí)現(xiàn)隔離氣體正常供給的同時(shí)阻斷燃料和氧化劑供給,有效實(shí)現(xiàn)隔離作用。而本實(shí)施例中點(diǎn)火器以及四個(gè)電磁閥的控制過程與實(shí)施例1中相同,如圖3所示,控制系統(tǒng)輸出五路方波信號(hào)分別控制四個(gè)電磁閥和一個(gè)點(diǎn)火器工作,氧化劑通路與燃料通路的電磁閥保持打開狀態(tài),點(diǎn)火器在一個(gè)工作周期內(nèi)兩次點(diǎn)火,點(diǎn)火相位在60°和239°,占空比均為0.01,下降沿點(diǎn)火,控制兩路隔離氣體的電磁閥分別在相位為72°和251°處打開,占空比為0.3。本實(shí)施例中,脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率預(yù)期同樣可以達(dá)到電磁閥工作頻率的兩倍,大大降低了電磁閥最大工作頻率對(duì)脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率的限制。
權(quán)利要求
1.一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置,包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和液態(tài)燃料供給系統(tǒng),其特征在于:所述隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成,隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯(lián)連接,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯(lián)后與隔離氣體減壓閥串聯(lián),隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接四通的兩個(gè)相對(duì)的入口 ;所述氧化劑供給系統(tǒng)由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯(lián)組成,氧化劑電磁閥出口接四通的一個(gè)入口 ;四通出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中;所述液態(tài)燃料供給系統(tǒng)由擠壓氣體供給源、擠壓氣體第一截止閥、擠壓氣體減壓閥、擠壓氣體第二截止閥、液態(tài)燃料源、液態(tài)燃料截止閥、液態(tài)燃料電磁閥串聯(lián)組成,液態(tài)燃料電磁閥出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中;隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力。
2.一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置,包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和氣態(tài)燃料供給系統(tǒng),其特征在于:所述隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成,隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯(lián)連接,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯(lián)后與隔離氣體減壓閥串聯(lián),隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接五通的兩個(gè)不相鄰的入口 ;所述氧化劑供給系統(tǒng)由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯(lián)組成,氧化劑電磁閥出口接五通的一個(gè)入口 ;所述氣態(tài)燃料供給系統(tǒng)由氣態(tài)燃料源、氣態(tài)燃料截止閥、氣態(tài)燃料減壓閥和氣態(tài)燃料電磁閥串聯(lián)組成,氣態(tài)燃料電磁閥出口接五通的一個(gè)入口 ;五通的出口通入脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震管中;隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力以及氣態(tài)燃料源的氣體供給壓力。
3.一種采用權(quán)利要求1或2所述脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置的控制方法,其特征在于:氧化劑供給系統(tǒng)和液態(tài)燃料供給系統(tǒng)中的閥體處于常開狀態(tài),在脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作周期的前半個(gè)周期內(nèi),脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火器和隔離氣體第一電磁閥工作,在點(diǎn)火器點(diǎn)火后,隔離氣體第一電磁閥打開,在在脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作周期的后半個(gè)周期內(nèi),點(diǎn)火器和隔離氣體第二電磁閥工作,在點(diǎn)火器點(diǎn)火后,隔離氣體第二電磁閥打開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制方法,其特征在于:點(diǎn)火器的點(diǎn)火占空比為0.01,隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥的打開占空比為0.3。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)倍頻工作控制裝置及其控制方法,裝置包括隔離氣體供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng);隔離氣體供給系統(tǒng)由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成。本發(fā)明將氧化劑和燃料通路的閥體常開,而兩套并聯(lián)隔離氣體通路的電磁閥交替工作,在每個(gè)隔離氣體電磁閥工作之前點(diǎn)火一次,點(diǎn)火頻率為隔離氣體電磁閥工作頻率的兩倍,隔離氣體與氧化劑在四通處匯合,隔離氣體通路關(guān)閉時(shí),氧化劑正常供給,隔離氣體通路打開時(shí),隔離氣體壓力大于氧化劑供給壓力,阻斷氧化劑供給,實(shí)現(xiàn)隔離作用,使得脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率可以達(dá)到電磁閥最高工作頻率的兩倍。
文檔編號(hào)F02K9/00GK103195613SQ20131012897
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者范瑋, 魯唯, 王可, 陳帆 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)