[发明专利]一种固定压力变位置的气体燃料喷注系统

说明书

本发明涉及一种固定压力变位置的气体燃料喷注系统，属于燃料喷注系统领域。本发明由高压乙烯气源、减压器、电磁阀、单向阀、喷注器、三通、连接管路、压力传感器、流量计、控制器和测控电脑组成。以上部分组成输运和测控两大系统，实现在发动机工作过程中保持燃料喷注压力不变，喷住位置动态切换，从而模拟超燃冲压发动机工况转换阶段湍流火焰的非定常切换过程的功能，解决了在发动机燃烧室进行压力固定，位置可调的燃料喷注问题。具有喷注压力稳定、响应快、系统简单、成本低、安全性好、工作稳定等优点。

技术领域

本发明涉及一种气体燃料喷注系统，特别是一种压力维持恒定、位置动态切换的气体燃料喷注系统。

背景技术

高超声速推进技术的快速发展对超燃冲压发动机能够稳定工作的马赫数和飞行高度范围提出了更广泛的要求。而在这样的飞行条件下发动机进气道入口参数，特别是空气流量、总温和动压等变化剧烈，对发动机凹腔燃烧室的火焰稳定能力提出了更高要求。实验中常采用调节燃料喷注方案或更改型面的方式来匹配不同飞行状态下发动机的燃烧性能。但是工作状态下对发动机内型面的调节在工程中难以实现；相比而言，调整射流喷注位置更为实际。

同时，考虑到射流与凹腔的相互作用非常复杂，燃料喷注位置对火焰稳定能力的影响很大。为拓展发动机的工作范围、有效降低热拥塞的风险，需要根据飞行高度适当变化燃料的喷注位置，以确保凹腔燃烧室始终处于较为理想的工作模态。想要攻克这一技术难题，首先需要使发动机在工作状态下具备动态调节喷注位置的能力，因此设计一种能够维持压力恒定、位置随时间动态变化的喷注系统具有很重要的工程意义。

当前公开文献中鲜有关于能够动态调节射流位置的燃料供应系统的报道。通常而言，气态燃料通常由高压气瓶经过减压器直接喷注到发动机内，借助电磁阀的开关来控制喷注时间。液体燃料供应可以采用挤压式和泵压式两种方式，其中挤压式借助高压氮气等作为工质将燃料挤压到发动机内，泵压式则通过电机泵来实现。两种常用喷注方式都难以在试验过程中实现喷注位置的动态变化。而少量研究串/并联喷注策略的试验系统中，不同路的气源之间是相互独立的，系统比较复杂且工况转换过程中维持喷前压力完全恒定的难度非常大，试验的系统误差不容易控制。

发明内容

有鉴于此，本发明设计了一种在试验过程中压力维持恒定、位置动态切换的气态燃料喷注系统，用于模拟超燃冲压发动机工况转换阶段湍流火焰的非定常切换过程，为研究喷注位置变化对凹腔燃烧室火焰稳定能力的影响奠定基础。本发明解决了在发动机燃烧室进行压力固定，位置可调的燃料喷注问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种固定压力变位置的气体燃料喷注系统，所述气体燃料系统由喷注系统和测控系统两大部分组成；所述喷注系统由高压气瓶、减压阀、电磁阀、单向阀、喷注器、三通和连接管路组成；所述测控系统由压力传感器、流量计、控制器和测控计算机组成。

喷注系统中，以装有乙烯的高压气瓶作为气源，经过减压阀，由三通分为两路，每一路均设置电磁阀、单向阀并经喷注器注入实验设备，高压气瓶、减压阀、电磁阀、单向阀和三通之间以管路相连。

测控系统分为测量和控制两部分，安装在三通与喷注器之间的压力传感器和流量计组成测量部分，实时监测乙烯气流的喷前压力和流量，并将所记录压力和流量数据经控制器传输回测控计算机；安装在电磁阀上的控制装置为控制部分，两部分均与控制器连接并集成至测控计算机。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

(1)利用电磁阀的快速开关能够在试验过程中动态控制气体燃料的喷注位置，并且可以在工作过程中始终保持喷注压力不变，即全局当量比不变。

(2)喷注装置的上游采用单一气压源，一方面可以极大降低系统的复杂程度，另一方面两路气流设置在一个减压器的下游，更容易维持喷注压力恒定，同时有利于调节喷注压力。