[发明专利]一种超音速发动机试车台进气系统的使用方法

权利要求书

1.一种超音速发动机试车台进气系统的使用方法，其特征在于，所述发动机试车台包括供给源，温度模拟单元，模拟舱和超音速喷管；

供给源包括燃油供给源，氧气供给源，发动机进气供给源，酒精供给源；

温度模拟单元包括管体和壳体，管体位于壳体内部，管体内为第一介质通道，管体的外壁与壳体的内壁之间的空间形成第二介质通道；

被试发动机位于模拟舱内；

超音速喷管包括依次同轴固定连接的入口等直段，亚音速收敛段，初始超音速膨胀段和超音速膨胀段；入口等直段，亚音速收敛段，初始超音速膨胀段和超音速膨胀段均为中空回转体，入口等直段，亚音速收敛段，初始超音速膨胀段和超音速膨胀段的回转轴相同；亚音速收敛段的内部流道为连续收缩的圆弧的轴回转曲面，初始超音速膨胀段的内部流道为连续扩张的圆弧的轴回转曲面，超音速膨胀段的内部流道为圆台面；亚音速收敛段内部流道连续收缩圆弧的半径与初始超音速膨胀段内部流道连续扩张圆弧的半径相同，亚音速收敛段和初始超音速膨胀段的内部流道连接截面为喉道的截面；超音速膨胀段的内部流道圆台的母线与初始超音速膨胀段内部流道连续扩张圆弧的尾端相切；

燃油供给源通过管路与被试发动机连通，氧气供给源和发动机进气供给源分别通过管路与第二介质通道的入口连通，第二介质通道的出口通过管路与超音速喷管的入口等直段的入口连通，超音速喷管的超音速膨胀段通过管路被试发动机的进气口连通，酒精供给源经过点火器后通过管路与第一介质通道的入口连通，第一介质通道的出口与外界连通；

连通燃油供给源与被试发动机的管路上设置有发动机燃油供给流量调节阀，连通氧气供给源与第二介质通道的入口的管路上设置有氧供给流量调节阀，连通发动机进气供给源与第二介质通道的入口的管路上设置有发动机进气供给压力调节阀，连通酒精供给源与第一介质通道的入口的管路上设置有酒精供给流量调节阀；

所述超音速发动机试车台进气系统的使用方法，包括如下步骤：

S100)、发动机进气总压和含氧量调节

根据第一模拟状态点的进气总压和氧含量调节发动机进气供给压力调节阀和氧供给流量调节阀，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压和氧含量与第一模拟状态点发动机的进气总压和氧含量相同；

S200)、发动机进气总温调节

根据第一模拟状态点的进气总温调节酒精供给流量调节阀并启动点火器，点燃酒精使酒精燃烧，燃烧的酒精在第一介质通道与第二介质通道的第二介质换热，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总温与第一模拟状态点发动机的进气总温相同；

S210)、按照温度模拟单元所能承受的最高工况值调节酒精供给流量调节阀，启动点火器，点燃酒精使酒精燃烧，燃烧的酒精在第一介质通道与第二介质通道的第二介质换热；

S220)、保持步骤S210的状态至温度模拟单元进入稳定工作状态；

S230)、根据第一模拟状态点中，第二介质通道出口的第二介质总温，第二介质通道内第二介质的质量，第二介质的定压比热，管体内壁对流换热系数，整个管体的内壁面积，第一介质通道内第一介质的质量，第一介质的定压比热，管体外壁对流换热系数，整个管体的外壁面积和第二介质通道入口的第二介质总温，确定第一介质的供给温度；

S240)、调节酒精供给流量调节阀，将第一介质通道内的第一介质状态由以温度模拟单元所能承受的最高工况值供给调节至按照第一模拟试验状态点的预定值供给；

S250)、保持第一介质通道内的第一介质按照实验第一模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，此时，经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总温与第一模拟状态点发动机的进气总温相同；

S300)、发动机进气总压调节

根据第一模拟状态点的进气总压调节发动机进气供给压力调节阀，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压与第一模拟状态点发动机的进气总压相同；

S400)、发动机点火

根据发动机第一模拟状态点的燃油需求量调节发动机燃油供给流量调节阀，使燃油供给源供给的燃油与发动机第一模拟状态点的燃油需求量相同，发动机点火，进行第一模拟状态点的进气模拟试验至该状态点进气模拟试验结束；

S500)、第N模拟状态点的模拟试验

分别调节氧供给流量调节阀，发动机进气供给压力调节阀，酒精供给流量调节阀和发动机燃油供给流量调节阀，使超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压、总温和氧含量与第N模拟状态点发动机的进气总压、总温和氧含量相同，燃油供给源供给的燃油与第N模拟状态点发动机的燃油需求相同；其中，N≥2；开始发动机第N状态点进气模拟试验至该状态点进气模拟试验结束；

S510)、调节氧供给流量调节阀，使超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的氧含量与第N模拟状态点发动机的氧含量相同；

S520)、根据第N模拟状态点中，第二介质通道出口的第二介质总温，第二介质通道内第二介质的质量，第二介质的定压比热，管体内壁对流换热系数，整个管体的内壁面积，第一介质通道内第一介质的质量，第一介质的定压比热，管体外壁对流换热系数，整个管体的外壁面积和第二介质通道入口的第二介质总温，确定第一介质的供给温度；

S530)、调节酒精供给流量调节阀，将第一介质通道内的第一介质状态由第一模拟试验状态点的预定值供给调节至按照第N模拟试验状态点的预定值供给；

S540)、保持第一介质通道内的第一介质按照实验第N模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，此时，经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总温与第N模拟状态点发动机的进气总温相同；

S550)、根据第N模拟状态点的进气总压调节发动机进气供给压力调节阀，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压与第N模拟状态点发动机的进气总压相同；

S560)、根据发动机第N模拟状态点的燃油需求量调节发动机燃油供给流量调节阀，使燃油供给源供给的燃油与发动机第N模拟状态点的燃油需求量相同；S600)、重复步骤S500直至所有模拟状态点试验完毕后，发动机熄火，关闭发动机燃油供给流量调节阀，氧供给流量调节阀，发动机进气供给压力调节阀和酒精供给流量调节阀；

步骤S220中，保持步骤S210的状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，所需的时间为T₁；步骤S250中保持第一介质通道内的第一介质按照实验第一模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，所需的时间为T₂；步骤S540中保持第一介质通道内的第一介质按照实验第N模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，所需的时间为T_N；

T₁，T₂和T_N均按照温度模拟单元进入稳定工作状态计算公式确定；温度模拟单元进入稳定工作状态计算公式为：

式中：T_x为温度模拟单元进入稳定工作状态的时间，单位为s；m为整个管体的质量，单位为kg，为已知量；c_mp为管体的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量；h_h为管体内壁对流换热系数，单位为W/(m²·K)，为已知量；A_si为整个管体的内壁面积，单位为m²，为已知量；m_h为在第一介质通道内的第一介质的质量，单位为kg，为已知量；c_ph为第一介质的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量；h_c为管体外壁对流换热系数，单位为W/(m²·K)，为已知量；A_se为整个管体的外壁面积，单位为m²，为已知量；m_c为在第二介质通道内的第二介质的质量，单位为kg，为已知量；c_pc为第二介质的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量。