超燃冲压发动机燃油供给与控制技术分析.ppt

超燃冲压发动机燃油供给与控制 鲍文 高超声速技术研究中心 目录 超燃冲压发动机控制对象特性分析 超燃冲压发动机控制系统结构 超燃冲压发动机推力控制方法 超燃冲压发动机发动机分布参数控制 超声速进气道不起动判断与控制 超燃冲压发动机/飞行器一体化控制 超燃冲压发动机控制对象特性分析 鲍文 崔涛 常军涛 李献领 曲亮 李伟鹏 双模态超燃冲压发动机燃烧室 发动机的分布参数特性 超声速进气道来流马赫数对流场的影响 M0=4 M0=7 来流攻角对流场的影响 α=-5 α=5 出口背压对流场的影响 来流马赫数变化引起的进气道不起动/再起动特性分析 来流马赫数对进气道性能参数的影响 进气道不起动时的流场结构示意图 来流马赫数变化引起的进气道不起动/再起动特性分析 进气道不起动/再起动过程中的流动特征 来流马赫数变化引起的进气道不起动/再起动分析 进气道不起动/再起动过程特性分析 不起动马赫数和再起动马赫数 来流攻角变化引起的进气道不起动/再起动特性分析 来流攻角对进气道性能参数的影响 进气道不起动时的流场结构示意图 来流攻角引起的进气道不起动/再起动分析 a=0 a=10 a=-4 a=-5 来流攻角变化引起的进气道不起动/再起动特性分析 来流攻角变化引起的进气道不起动/再起动分析 不起动/再起动特性形成的内在物理机制 分析结果表明：流动过程存在“记忆”效应，进气道进口处分离流的形成和消失过程是形成不起动/再起动特性的主要原因。 附面层抽吸对进气道不起动/再起动特性的影响 壁面冷却对进气道不起动/再起动特性的影响 超燃冲压发动机燃油供给系统 超燃冲压发动机燃油供给系统 燃油供给系统结构 燃油供给与控制系统 多路燃油供给同时要满足推力、热防护冷却的需要 发动机气热弹耦合效应 发动机内流、壁面、壁面内部的吸热燃料之间的多场耦合 燃料沸腾过程 I – 自然对流区，无气泡； II – 泡状沸腾区： IIa – 孤立气泡区，泡状流； IIб – 完全沸腾区，块状流； III –过渡沸腾区； IV – 膜态沸腾区； C – 泡-膜沸腾过渡点； D – 膜-泡沸腾过渡点； π –完全泡沸腾与过渡沸腾的边界 点；产生不稳定气膜点； Tw – 表面温度； Ts - 饱和温度 亚临界饱和沸腾曲线 燃料沸腾过程 亚临界沸腾时的传热恶化特性 燃料压力—超临界 随着压力的增大，过渡沸腾的传热恶化逐渐消退； 超临界压力以上，彻底消失。 燃油物性 密度 黏度 燃油物性 比热 导热系数 高温燃油管道特性 超燃冲压发动机控制系统结构 鲍文 崔涛 赵天爽 赵晓敏 肖虹 车聪斌 于达仁 超燃冲压发动机控制系统的总体技术 超燃冲压发动机包括主推力控制回路，包括燃烧模态控制、进气道保护控制、超温保护控制及各控制回路的切换控制，在燃油控制系统中还包括多路燃油流量控制。 超燃冲压发动机控制系统的总体框架 超燃冲压发动机控制系统总体 需要解决的关键技术： 超燃冲压发动机推力控制的控制规律、控制方法 超燃冲压发动机推力测量的测点约减方法 超燃冲压发动机进气道的起动判断和控制 燃油供给系统热防护一体化设计 高温两相流燃油调节阀的研制 超燃冲压发动机控制系统总体 超然冲压发动机推力控制研究包括推力调节规律设计和控制方法两方面的内容。 在加速、巡航过程中，要求冲压发动机相应的改变推力以满足飞行器的需要，这就是冲压发动机推力调节规律要研究的内容。推力调节规律的设计包括起动、加速和巡航调节规律。调节规律设计的依据一方面是飞行器和发动机的性能要求，另一方法是要考虑各种稳定边界。 在超燃冲压发动机燃油供给总体技术方面，论证了超燃冲压发动机燃油供给系统的总体方案和关键技术。 高压油源系统 外部取气：在前体的第一个楔面上取气 可调导叶：改变涡轮速度，调节燃油流量 空气涡轮：Ma1.5左右的单级空气涡轮 油箱：冲压增压式 油泵：离心燃油泵 冷却系统：多管并联流动 稳压阀：直动式溢流阀 燃油流量调节阀：三组PWM燃油调节阀 喷嘴：壁龛 超燃冲压发动机推力控制方法 鲍文 赵晓敏 和舒 郭林春 徐志强 唐井峰 研究思路-燃烧模态控制配油思路 研究思路-地面试验研究思路 在地面试验中对不同的燃油总量Q，通过调整各个喷油点的喷油量找到与Q对应的最大推力F，推力最大时的参数分布就是我们要求的模态设计，这时各喷油点的喷油量也就是最优配油规律。 超燃冲压发动机最大推力稳态优化控制算法 仿真结果分析 控制周期的影响 控制周期0.02 误差（4.84%） 控制周期0.06 误差（0.8%） 仿真结果分析 马赫数6，总当量比0.5 推力随迭代步的变化 壁面压力分布比较 等压力线分布 等马赫数线分布 一种超燃冲压发动机燃烧室设计 推力测量