[发明专利]一种燃烧室各部件声学特性的测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种燃烧室各部件声学特性测量系统及测量方法，测量系统包括测试试验段、激励单元、采集单元和供气源，其中测试试验段包括相互连接的试验段左段和试验段右段，在连接部位的试验段右段内部设置有外部气流进入的试验进气管；试验段左段另一端设置有喇叭形出口，试验段左段和试验段右段上分别设置有扬声器和麦克风接座；激励单元包括相互连接的信号发生器和功率放大器；采集单元包括相互连接的麦克风信号采集卡和上位机；试验段右段的端部设置有试验段气流进气管，供气源的输出端和所述试验段气流进气管连接。本发明提供的系统及方法可实现燃烧室各部件包括声学阻尼器常温/高温/燃烧及考虑气流流动下的声学特性宽频率带一体化测量等。

技术领域

本发明提供了一种燃烧室各部件声学特性的测量系统及测量方法， 涉及航空发动机和燃气轮机燃烧室领域。

背景技术

低污染燃气轮机、氢燃机、低污染商用航空发动机及冲压发动机燃烧室面临严重的热声振荡问题，具体表现为燃烧室内发生大幅压力脉动，造成燃烧室喷嘴损坏、过渡段破裂及影响后部涡轮寿命，影响燃机和发动机正常运行。热声振荡指火焰热释放与压力脉动耦合放大形成的一种不稳定现象。该热声不稳定发生与燃烧室各部件的声学特性有很大关系，在燃烧室稳定性设计计算中需用到燃烧室各部件的声学特性参数。

由于历史因素，目前在贫预混的重型燃机方面研究不充分，热声振荡的理论和测量等研究需要从原理开始进行探索。

首先需要解决的就是测试中的信号问题，传统信号有各种频段的噪声信号，单频信号，步进激励信号，组合信号等。然而对于热声中选择何种信号在满足试验时间不太长（试验烧钱），尽可能得到更宽频带范围，同时也能满足在湍流火焰这种高背景噪声的情况下提取有用的信息（就是说信噪比高点）。而信噪比和试验时间是对立的，怎样取得平衡，需要对测试信号和测试环境进行大量测试。

之后需要解决的问题就是数据后处理。热声振荡低维网络模型需要建立的是动态压力，速度波动的上下游关系，而速度是难以测量的。因此怎样仅使用压力探针得到数据再辨识为速度信号就需要建立高精度的后处理程序。因此需要建立平台能进行验证后处理的流程与程序。

其次，火焰信号是宽频信号，需要建立测量阵列/矩阵来满足在不同频段的测量精度。传统使用的双麦克风测量可能会引起某些频率出现极值以及相位错误，因此需要使用麦克风阵列。又因为不同燃机出现的热声振荡频率可能不尽相同，需要每次对测量点的布置进行考察。然而这种布置不可能在整机试验或高压试验中进行，但是可以在本试验装置中进行快速测量。

最后，设计的试验台还希望将热声被动控制纳入考虑。从燃烧室结构调整来完全抑制热声振荡难度较大，需在燃烧室上加装声学阻尼器，例如亥姆霍兹共振器、1/4波长管和穿孔板等，因而需要测量声学阻尼器的声学特性用以燃烧室热声振荡抑制设计。目前来说对吸声材料已发展有标准测试方法，但对燃烧室部件/声学阻尼器的声学特性测量装置和方法缺乏。同时现有声学特性测量装置通常在常温气氛下进行，同时未通入气流考察气流流动特性的影响。而燃烧室部件和声学阻尼器通常在高温下运行，且腔体内有气流流动，而高温和气流流动效应对声学特性影响较大。同时现有方法传感器布置较少且间距无法调节，单个间距其准确测量的频率范围是有限的。

发明内容

本发明的目的在于为了解决以上现有技术的不足而提供一种燃烧室各部件声学特性测量系统及测量方法，主要解决了以下问题：1）现有装置不能对多频段测量，传感器布置较少且间距无法调节，单个间距其准确测量的频率范围有限；2）现有装置和方法不能考察温度效应对声学特性影响；3）现有装置和方法不能考察气流流动效应对声学特性影响；更难以考察顺气流激励、逆气流激励和同时上下游激励影响。

本发明采用的技术方案如下：