專利名稱：一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及發動機技術領域，具體為一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置及其控制方法。
背景技術：
脈沖爆震火箭發動機是一種利用脈沖式爆震波產生推力的非穩態動力裝置，發動機是間歇式工作的。在一定幾何尺寸下，脈沖爆震火箭發動機工作頻率越高，其工作狀態越穩定，噪聲越小，同時可以得到更大的推力和推重比。因此增大脈沖爆震火箭發動機的工作頻率對其實際應用有重要意義。當工作頻率達到IOOHz時，發動機產生的推力趨近于連續。目前實驗室中一般采用電磁閥控制推進劑及隔離氣體的間歇式填充，而電磁閥的開啟與關閉需要一定的響應時間，這就決定了電磁閥的工作頻率有一個上限。超過某一頻率，電磁閥就來不及響應，關閉不徹底。頻率越高，電磁閥將會越接近常開狀態。因此電磁閥的工作頻率上限成為了脈沖爆震火箭發動機工作頻率提高的瓶頸。

發明內容
要解決的技術問題為了克服現有技術存在的不足，本發明提出了一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置及其控制方法，能夠打破電磁閥對脈沖爆震火箭發動機工作頻率的限制，提高脈沖爆震火箭發動機工作頻率。技術方案本發明的技術方案為:所述一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置，包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和液態燃料供給系統，其特征在于:所述隔離氣體供給系統由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成，隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯連接，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯后與隔離氣體減壓閥串聯，隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接四通的兩個相對的入口 ；所述氧化劑供給系統由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯組成，氧化劑電磁閥出口接四通的一個入口；四通出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中；所述液態燃料供給系統由擠壓氣體供給源、擠壓氣體第一截止閥、擠壓氣體減壓閥、擠壓氣體第二截止閥、液態燃料源、液態燃料截止閥、液態燃料電磁閥串聯組成，液態燃料電磁閥出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中；隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力。所述一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置，包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和氣態燃料供給系統，其特征在于:所述隔離氣體供給系統由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成，隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯連接，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯后與隔離氣體減壓閥串聯，隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接五通的兩個不相鄰的入口 ；所述氧化劑供給系統由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯組成，氧化劑電磁閥出口接五通的一個入口 ；所述氣態燃料供給系統由氣態燃料源、氣態燃料截止閥、氣態燃料減壓閥和氣態燃料電磁閥串聯組成，氣態燃料電磁閥出口接五通的一個入口 ；五通的出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中；隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力以及氣態燃料源的氣體供給壓力。所述一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制方法，其特征在于:氧化劑供給系統和液態燃料供給系統中的閥體處于常開狀態，在脈沖爆震火箭發動機的一個工作周期的前半個周期內，脈沖爆震火箭發動機的點火器和隔離氣體第一電磁閥工作，在點火器點火后，隔離氣體第一電磁閥打開，在在脈沖爆震火箭發動機的一個工作周期的后半個周期內，點火器和隔離氣體第二電磁閥工作，在點火器點火后，隔離氣體第二電磁閥打開。所述一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制方法，其特征在于:點火器的點火占空比為0.01，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥的打開占空比為0.3。有益效果本發明將氧化劑和燃料通路的閥體常開，而兩套并聯隔離氣體通路的電磁閥交替工作，在每個隔離氣體電磁閥工作之前點火一次，點火頻率為隔離氣體電磁閥工作頻率的兩倍。隔離氣體與氧化劑在四通處匯合，當隔離氣體通路關閉時，氧化劑正常供給，當隔離氣體通路打開時，隔離氣體壓力大于氧化劑供給壓力，可以阻斷氧化劑的供給，并有效實現隔離作用，這樣脈沖爆震火箭發動機的工作頻率可以達到電磁閥最高工作頻率的兩倍，即在采用相同電磁閥的前提下，本方案可使脈沖爆震火箭發動機實現兩倍于采用傳統控制方法的工作頻率。另外，當燃料為氣態時，可以將燃料供給通路接到五通處，這樣改進的目的是為了使燃料與氧化劑更好地混合，并得到更好的隔離效果。


圖1:本發明實施例1中的控制裝置結構示意圖；圖2:本發明實施例2中的控制裝置結構示意圖；圖3:在一個工作周期內，隔離氣體電磁閥與點火器的工作時序圖；圖4:實施例中的脈沖爆震火箭發動機的壓力波形圖。其中:1、擠壓氣體氣瓶；2、截止閥，其中2-1為擠壓氣體第一截止閥，2-2為擠壓氣體第二截止閥，2-3為液態燃料截止閥，2-4為氧化劑截止閥，2-5為隔離氣體截止閥，2-6為氣態燃料截止閥；3、減壓閥，其中3-1為擠壓氣體減壓閥，3-2為氧化劑減壓閥，3-3為隔離氣體減壓閥，3-4為氣態燃料減壓閥；4、燃料箱；5、電磁閥，其中5-1為液態燃料電磁閥，5-2為隔離氣體第二電磁閥，5-3為氧化劑電磁閥,5-4為隔離氣體第一電磁閥,5-5為氣態燃料電磁閥；6、爆震管；7、火花塞；8、防回火裝置；9、四通；10、氧化劑氣瓶；11、隔離氣體氣瓶；12、五通。
具體實施例方式下面結合具體實施例描述本發明:
實施例1:參照附圖1，本實施例中的脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和液態燃料供給系統。隔離氣體供給系統由隔離氣體氣瓶11、隔離氣體截止閥2-5、隔離氣體減壓閥3-3以及隔離氣體第一電磁閥5-4和隔離氣體第二電磁閥5-2組成。隔離氣體氣瓶11、隔離氣體截止閥2-5與隔離氣體減壓閥3-3串聯連接，隔離氣體第一電磁閥5-4和隔離氣體第二電磁閥5-2并聯后與隔離氣體減壓閥3-3串聯，隔離氣體第一電磁閥5-4與隔離氣體第二電磁閥5-2的出口分別接四通9的兩個相對的入口。氧化劑供給系統由氧化劑氣瓶10、氧化劑截止閥2-4、氧化劑減壓閥3-2和氧化劑電磁閥5-3串聯組成。氧化劑電磁閥出口接四通9的一個入口。四通出口經過防回火裝置8通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管6中。液態燃料供給系統由擠壓氣體氣瓶1、擠壓氣體第一截止閥2-1、擠壓氣體減壓閥3-1、擠壓氣體第二截止閥2-2、燃料箱4、液態燃料截止閥2-3、液態燃料電磁閥5-1串聯組成。液態燃料電磁閥出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管6中。本實施例中，采用液態汽油作為燃料，氮氣作為擠壓氣體，50%氧氣與50%氮氣混合物作為氧化劑，氮氣作為隔離氣體。在爆震管前安裝噴注器對汽油進行霧化，在爆震管的爆震波傳播段等距離安放三個壓力傳感器pl，P2，p3，分別測量各處的壓力。工作時，各通路之間需要按一定的時序供給，氧化劑供給系統和液態燃料供給系統中的閥體處于常開狀態，控制兩路隔離氣體的兩個電磁閥交替工作，每次工作之前火花塞點火一次，即在脈沖爆震火箭發動機的一個工作周期的前半個周期內，脈沖爆震火箭發動機的點火器和隔離氣體第一電磁閥工作，在點火器點火后，隔離氣體第一電磁閥打開，在在脈沖爆震火箭發動機的一個工作周期的后半個周期內，點火器和隔離氣體第二電磁閥工作，在點火器點火后，隔離氣體第二電磁閥打開。當隔離氣體電磁閥關閉時，氧化劑正常供給，而當隔離氣體電磁閥打開時，由于隔離氣體供給壓力大于氧化劑氣體供給壓力，從而在實現隔離氣體正常供給的同時阻斷氧化劑供給，也減少了氧化劑不必要的浪費。參照附圖3，控制系統輸出五路方波信號分別控制四個電磁閥和一個點火器工作，氧化劑通路與燃料通路的電磁閥保持打開狀態，點火器在一個工作周期內兩次點火，點火相位在60°和239°，占空比均為0.01，下降沿點火，控制兩路隔離氣體的電磁閥分別在相位為72°和251°處打開，占空比為0.3。本實施例中利用電磁閥控制燃料、氧化劑及隔離氣體的時序供給，點火頻率為隔離氣體通路電磁閥工作頻率的兩倍，利用爆震管上的三個壓力傳感器pl，p2，p3采集壓力隨時間變化的曲線，判斷是否形成了爆震波。實施例中隔離氣體通路電磁閥的工作頻率最高達到了 28Hz，pl, p2, p3對應的壓力變化曲線如附圖4所示。從圖中可以看出脈沖爆震火箭發動機的工作頻率達到了 56Hz，是電磁閥工作頻率的兩倍。上述結果表明，這種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制方法是可行的。在四通處，兩路隔離氣體在供給過程中均有效阻斷了氧化劑的供給；發動機的工作頻率可以達到電磁閥工作頻率的兩倍，大大降低了電磁閥最大工作頻率對脈沖爆震火箭發動機工作頻率的限制。實施例2:
本實施例中的脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置，包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和氣態燃料供給系統。隔離氣體供給系統由隔離氣體氣瓶11、隔離氣體截止閥2-5、隔離氣體減壓閥3-3以及隔離氣體第一電磁閥5-4和隔離氣體第二電磁閥5-2組成。隔離氣體氣瓶、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯連接，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯后與隔離氣體減壓閥串聯，隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接五通12的兩個不相鄰的入口。氧化劑供給系統由氧化劑氣瓶10、氧化劑截止閥2-4、氧化劑減壓閥3-2和氧化劑電磁閥5-3串聯組成，氧化劑電磁閥出口接五通的一個入口。氣態燃料供給系統由氣態燃料箱、氣態燃料截止閥2-6、氣態燃料減壓閥3-4和氣態燃料電磁閥5-5串聯組成，氣態燃料電磁閥出口接五通的一個入口。五通12的出口經過防回火裝置8通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中。本實施例中，氣態燃料與氧化劑在五通處匯合，可以得到更好的混合效果，當隔離氣體通路打開時，隔離氣體的供給壓力大于燃料和氧化劑的氣體供給壓力，可以在實現隔離氣體正常供給的同時阻斷燃料和氧化劑供給，有效實現隔離作用。而本實施例中點火器以及四個電磁閥的控制過程與實施例1中相同，如圖3所示，控制系統輸出五路方波信號分別控制四個電磁閥和一個點火器工作，氧化劑通路與燃料通路的電磁閥保持打開狀態，點火器在一個工作周期內兩次點火，點火相位在60°和239°，占空比均為0.01，下降沿點火，控制兩路隔離氣體的電磁閥分別在相位為72°和251°處打開，占空比為0.3。本實施例中，脈沖爆震火箭發動機工作頻率預期同樣可以達到電磁閥工作頻率的兩倍，大大降低了電磁閥最大工作頻率對脈沖爆震火箭發動機工作頻率的限制。
權利要求
1.一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置，包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和液態燃料供給系統，其特征在于:所述隔離氣體供給系統由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成，隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯連接，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯后與隔離氣體減壓閥串聯，隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接四通的兩個相對的入口 ；所述氧化劑供給系統由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯組成，氧化劑電磁閥出口接四通的一個入口 ；四通出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中；所述液態燃料供給系統由擠壓氣體供給源、擠壓氣體第一截止閥、擠壓氣體減壓閥、擠壓氣體第二截止閥、液態燃料源、液態燃料截止閥、液態燃料電磁閥串聯組成，液態燃料電磁閥出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中；隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力。
2.一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置，包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和氣態燃料供給系統，其特征在于:所述隔離氣體供給系統由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成，隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥與隔離氣體減壓閥串聯連接，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥并聯后與隔離氣體減壓閥串聯，隔離氣體第一電磁閥與隔離氣體第二電磁閥的出口分別接五通的兩個不相鄰的入口 ；所述氧化劑供給系統由氧化劑供給源、氧化劑截止閥、氧化劑減壓閥和氧化劑電磁閥串聯組成，氧化劑電磁閥出口接五通的一個入口 ；所述氣態燃料供給系統由氣態燃料源、氣態燃料截止閥、氣態燃料減壓閥和氣態燃料電磁閥串聯組成，氣態燃料電磁閥出口接五通的一個入口 ；五通的出口通入脈沖爆震火箭發動機的爆震管中；隔離氣體供給源的氣體供給壓力大于氧化劑供給源的氣體供給壓力以及氣態燃料源的氣體供給壓力。
3.一種采用權利要求1或2所述脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置的控制方法，其特征在于:氧化劑供給系統和液態燃料供給系統中的閥體處于常開狀態，在脈沖爆震火箭發動機的一個工作周期的前半個周期內，脈沖爆震火箭發動機的點火器和隔離氣體第一電磁閥工作，在點火器點火后，隔離氣體第一電磁閥打開，在在脈沖爆震火箭發動機的一個工作周期的后半個周期內，點火器和隔離氣體第二電磁閥工作，在點火器點火后，隔離氣體第二電磁閥打開。
4.根據權利要求3所述一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制方法，其特征在于:點火器的點火占空比為0.01，隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥的打開占空比為0.3。
全文摘要
本發明提出了一種脈沖爆震火箭發動機倍頻工作控制裝置及其控制方法，裝置包括隔離氣體供給系統、氧化劑供給系統和燃料供給系統；隔離氣體供給系統由隔離氣體供給源、隔離氣體截止閥、隔離氣體減壓閥以及隔離氣體第一電磁閥和隔離氣體第二電磁閥組成。本發明將氧化劑和燃料通路的閥體常開，而兩套并聯隔離氣體通路的電磁閥交替工作，在每個隔離氣體電磁閥工作之前點火一次，點火頻率為隔離氣體電磁閥工作頻率的兩倍，隔離氣體與氧化劑在四通處匯合，隔離氣體通路關閉時，氧化劑正常供給，隔離氣體通路打開時，隔離氣體壓力大于氧化劑供給壓力，阻斷氧化劑供給，實現隔離作用，使得脈沖爆震火箭發動機的工作頻率可以達到電磁閥最高工作頻率的兩倍。
文檔編號F02K9/00GK103195613SQ20131012897
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者范瑋, 魯唯, 王可, 陳帆 申請人:西北工業大學