[发明专利]超燃冲压发动机爆震稳定控制系统及其控制方法

说明书

超燃冲压发动机爆震稳定控制系统及其控制方法，包括超燃冲压发动机、爆震波状态监测系统和壁面边界抽吸控制系统，在超燃冲压发动机上的热射流装置对超燃冲压发动机其燃烧室进行热射流喷注实现爆震其爆，与此同时爆震波状态监测系统实时检测超燃冲压发动机其燃烧室内爆震波的实时传播位置，壁面边界抽吸控制系统根据爆震波的实时传播位置信息确定当前有效抽吸区域，开启抽吸装置对有效抽吸区域进行壁面边界抽吸，随着爆震波的前传，爆震波的实时传播位置动态变化，壁面边界抽吸系统根据爆震波的实时传播位置的变化动态改变抽吸装置对应的有效抽吸区域，从而实现超声速爆震发动机燃烧室内爆震的可靠起爆和超声速流场中爆震稳定自持传播控制。

技术领域

本发明涉及超声速来流条件下爆震动态稳定传播控制技术领域，具体涉及的是一种超燃冲压发动机爆震稳定控制系统及其控制方法。

背景技术

超燃冲压发动机(Scramjet)在高马赫(Ma>5)飞行条件下性能优良，已经成为高超声速飞行器推进系统的首选方案。然而，结合当前的研究以及美国X-51A飞行试验可以得知，超燃冲压发动机验证机的加速性能并不明显，净推力偏小。因此，基于当前研究，迫切需要改善发动机推力性能。超燃冲压发动机按照布莱顿(Brayton)等压燃烧循环设计，其热力循环效率远低于近似等容循环的爆震燃烧。因而如果能够在超声速气流中实现爆震燃烧，即使是局部爆震燃烧，发动机的推力性能极有可能获得大幅提升。

超燃冲压发动机已经逐渐走向工程应用，但是基于爆震燃烧的新型超燃冲压发动机概念设计目前还没有见诸报道。利用超燃冲压发动机相对成熟的工程化经验，在燃烧室中采用爆震燃烧替换等压燃烧模式，相对于其它类型爆震发动机而言能够尽快实现基于爆震燃烧发动机。现有技术人也有人开展过超声速气流中采用热射流实现爆震起爆的实验和数值模拟研究，有助于加深对燃烧室超声速气流中爆震起爆的认识。这些基础研究中均采用一个独立供应燃料和氧化剂的热射流管进行热射流喷注与点火起爆，没有考虑具体的发动机应用实现。

目前在世界范围内开展的超声速气流中的爆震研究还很少见，一方面因为爆震研究当前主要集中于静止气中，另一方面在超声速来流条件下开展爆震起爆与自持研究难度相当大，而对于超声速来流条件下爆震的自持传播控制的研究则更少。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种超燃冲压发动机爆震稳定控制系统及其控制方法。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

超燃冲压发动机爆震稳定控制系统，包括超燃冲压发动机、爆震波状态监测系统和壁面边界抽吸控制系统，在超燃冲压发动机上设有能够对超燃冲压发动机其燃烧室进行壁面边界抽吸抽吸装置以及能够对超燃冲压发动机其燃烧室进行热射流喷注实现爆震其爆的热射流装置；其中抽吸装置与壁面边界抽吸控制系统连接并由其控制；热射流装置其热射流喷注孔开设在燃烧室的下壁面；

热射流装置喷入热射流，在超冲压发动机燃烧室内的超声速气流中实现爆震起爆，与此同时爆震波状态监测系统实时检测超燃冲压发动机其燃烧室内爆震波的实时传播位置，并将爆震波的实时传播位置传输给壁面边界抽吸控制系统；壁面边界抽吸控制系统根据爆震波的实时传播位置信息确定当前有效抽吸区域，开启抽吸装置对有效抽吸区域进行壁面边界抽吸，随着爆震波的前传，爆震波的实时传播位置动态变化，壁面边界抽吸系统根据爆震波的实时传播位置的变化动态改变抽吸装置对应的有效抽吸区域；

热射流装置喷出的热射流喷入到进入燃烧室的超声速预混来流中，首先诱导形成弓形激波，随着弓形激波的逐渐增强，同燃烧室的上壁面发生碰撞形成马赫反射，最终实现爆震起爆。采用热射流装置喷出的热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，可以根据超声速来流速度的大小，确定抽吸装置抽吸的强度。抽吸装置抽吸燃烧室内有效抽吸区域中的边界层低速区域的气流，抑制了起爆爆震波和边界层相互作用发生燃烧波前传，消除了边界层对爆震波的起爆的影响，使得爆震波能够在燃烧室中实现动态稳定传播。