本發(fā)明涉及航空發(fā)動機加力燃燒室試驗領(lǐng)域，具體而言，涉及一種加力燃燒室試驗進口氣流成分的動態(tài)調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、作為軍用航空發(fā)動機的關(guān)鍵組件，加力燃燒室具有重要的作戰(zhàn)作用，可為飛機提供額外推力，獲得更高的速度和機動性。當前行業(yè)內(nèi)對加力燃燒室試驗的模擬條件，基于相似原理，一般保證以下因素相同：幾何、燃料、進氣溫度、進氣壓力、進氣流量，而對加力燃燒室內(nèi)涵氣流的氣體成分考慮得不多。研究表明在一些類型的燃燒器內(nèi)，隨著氧濃度的增加，燃燒程度和火焰溫度也會提高；也有研究表明一定范圍內(nèi)氧濃度的提高會增加nox等有害氣體的排放，因此加力試驗中內(nèi)涵氣流的成分，尤其是氧濃度會對加力燃燒室的燃燒性能產(chǎn)生影響。

2、加力燃燒室內(nèi)涵的進氣氣流實際上是一種燃氣，在行業(yè)內(nèi)幾乎所有研究機構(gòu)的加力燃燒室試驗臺都采用直接加溫法，即通過壓縮空氣與燃油在燃燒器內(nèi)燃燒的方式來產(chǎn)生高溫燃氣，作為加力燃燒室內(nèi)涵的進氣。直接加溫法在內(nèi)涵氣流溫度確定了的情況下，就確定了燃燒器所需的燃油量，從而決定了氣流的成分組成。這種方法雖然控制方便，能滿足內(nèi)涵進氣的試驗要求，只考慮了模擬內(nèi)涵氣流溫度這一因素，而忽略了加力燃燒試驗進口氣流成分組成是否與發(fā)動機工況相匹配的問題。

3、經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，在某些試驗狀態(tài)下，直接加溫法提供的氣流成分接近于發(fā)動機實際工況；而在其他狀態(tài)下，直接加溫法提供的氣流中氧含量偏高，而二氧化碳和水含量偏低。為了使氣流成分達到與發(fā)動機實際工況相同，較好的解決方案是增加預(yù)燃燃燒器，燃燒更多的氣體，以使成分和發(fā)動機實際工況相匹配，然后將其供入加力燃燒室進行試驗；同時，預(yù)燃燃燒器產(chǎn)生的額外熱量需要通過水冷換熱器散去。因此，需要一種技術(shù)方案，能夠同時動態(tài)調(diào)控預(yù)燃燃燒器、水冷換熱器、直接燃燒器、閥門等工藝設(shè)備的，以滿足加力燃燒室試驗對進氣氣流流量、溫度和氣體成分的技術(shù)要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N加力燃燒室試驗進口氣流成分的動態(tài)調(diào)控方法，包括以下步驟：

2、步驟s10：確定動態(tài)調(diào)控的控制目標為內(nèi)涵進氣氣流的氧濃度，表示為目標濃度[o2]6m；

3、步驟s20：控制加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)的各指標接近試驗狀態(tài)，使加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)產(chǎn)生內(nèi)涵進氣氣流；其中，指標包括：氣流流量、溫度、壓力；

4、步驟s30：實時測量內(nèi)涵進氣氣流中氧的測量濃度[o2]，計算測量濃度[o2]與目標濃度[o2]6m的實際差值；

5、步驟s40：根據(jù)實際差值操作預(yù)燃燃燒器(43)；所述操作預(yù)燃燃燒器(43)包括調(diào)節(jié)預(yù)燃的空氣量、燃油量，用于改變氣流的氧濃度；

6、步驟s50：判斷氣流的氧的濃度，是否達到目標濃度[o2]6m，如果沒有達到，重新執(zhí)行步驟s20至步驟s40；

7、其中，預(yù)燃燃燒器(43)為加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)的部件，加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)部署在加力燃燒室試驗臺。

8、其中，加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)包括：內(nèi)涵氣流主氣路(01)、成分分析裝置(02)、燃油裝置(03)、預(yù)燃管路(04)；

9、所述內(nèi)涵氣流主氣路(01)用于產(chǎn)生內(nèi)涵進氣氣流；內(nèi)涵氣流主氣路(01)包括主氣孔板(11)、主氣調(diào)節(jié)閥(12)、直接燃燒器(13)、直接燃燒器測量耙(14)、燃氣取樣耙(15)；

10、成分分析裝置(02)用于測量內(nèi)涵進氣氣流的氧濃度，實現(xiàn)閉環(huán)控制；成分分析裝置(02)包括預(yù)處理設(shè)備(21)、氧分析儀(22)；預(yù)處理設(shè)備(21)與燃氣取樣耙(15)連接；

11、燃油裝置(03)用于提供燃油，包括油泵(333)、回油比例閥(331)、質(zhì)量流量計(332)；

12、預(yù)燃管路(04)，包括預(yù)燃調(diào)節(jié)閥(45)、預(yù)燃孔板(44)、預(yù)燃燃燒器(43)、預(yù)燃燃燒器測量耙(41)、水冷換熱器(42)，預(yù)燃燃燒器測量耙(41)用于測量預(yù)燃燃燒器(43)出口氣流溫度。

13、其中，目標濃度[o2]6m的確定方法為：其中，α為發(fā)動機內(nèi)涵進口氣流余氣系數(shù),n為氫元素和碳元素的摩爾比。

14、發(fā)動機內(nèi)涵進口氣流余氣系數(shù)的計算方法為：其中，w6m為加力燃燒室內(nèi)涵進氣流量，wf3為主燃燒室供油流量，l0為單位重量燃料完全燃燒所需的理論空氣量。

15、進一步的，實時測量內(nèi)涵進氣氣流中氧的測量濃度[o2]，包括以下步驟：

16、用燃氣取樣耙(15)對進氣氣流進行采樣，并輸送至預(yù)處理設(shè)備(21)；

17、預(yù)處理設(shè)備(21)將氣流進行降壓、過濾、干燥處理，并輸送至氧分析儀(22)；

18、氧分析儀(22)實時測量氣流中氧濃度[o2]。

19、進一步的，根據(jù)所述實際差值操作預(yù)燃燃燒器(43)包括以下步驟：

20、計算出預(yù)燃燃燒器(43)燃油量要調(diào)整的變化量dwfy，計算方法為：

21、

22、計算出預(yù)燃燃燒器(43)需要調(diào)節(jié)的空氣變化量dwy，計算方法為：

23、其中，fy為預(yù)燃燃燒器(43)設(shè)計的工作油氣比；

24、根據(jù)空氣變化量dwy、燃油變化量dwfy，對預(yù)燃燃燒器(43)進行調(diào)節(jié)。

25、對預(yù)燃燃燒器進行調(diào)節(jié)指：

26、中空氣變化量dwy由預(yù)燃孔板(44)測量，燃油變化量dwfy由質(zhì)量流量計332測量，以這兩個值作為反饋，進行pid閉環(huán)控制。

27、其中，直接燃燒器(13)的空氣量由主氣調(diào)節(jié)閥(12)控制，直接燃燒器(13)的燃油量由直接燃燒器供油組件(31)控制。

28、進一步的，預(yù)燃燃燒器測量耙(41)測量預(yù)燃燃燒器(43)出口氣流溫度超溫時，減少預(yù)燃燃燒器(43)燃油量，并通知故障信息。

29、根據(jù)本發(fā)明提供的加力燃燒室試驗進口氣流成分動態(tài)調(diào)控方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在加力燃燒室試驗過程中，自動模擬進口氣流的成分；通過本發(fā)明中提供的動態(tài)調(diào)控，可以降低試驗人員的操作難度，提高狀態(tài)調(diào)節(jié)的跟隨性、提高調(diào)節(jié)精度、縮短試驗時數(shù)；通過本發(fā)明的方法調(diào)控實現(xiàn)的試驗環(huán)境，是模擬加力燃燒室進氣氣流成分的重要手段，具有較大的實際應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一種加力燃燒室試驗進口氣流成分的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)包括：內(nèi)涵氣流主氣路(01)、成分分析裝置(02)、燃油裝置(03)、預(yù)燃管路(04)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述目標濃度[o2]6m的確定方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述發(fā)動機內(nèi)涵進口氣流余氣系數(shù)的計算方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述實時測量內(nèi)涵進氣氣流中氧的測量濃度[o2]，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述根據(jù)所述實際差值操作預(yù)燃燃燒器(43)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述根據(jù)所述空氣變化量dwy、燃油變化量dwfy，對預(yù)燃燃燒器進行調(diào)節(jié)包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述直接燃燒器(13)的空氣量由主氣調(diào)節(jié)閥(12)控制，直接燃燒器(13)的燃油量由直接燃燒器供油組件(31)控制。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述預(yù)燃燃燒器測量耙(41)測量預(yù)燃燃燒器(43)出口氣流溫度超溫時，減少預(yù)燃燃燒器(43)燃油量，并通知故障信息。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種加力燃燒室試驗進口氣流成分的動態(tài)調(diào)控方法，包括以下步驟：步驟S10：確定動態(tài)調(diào)控的控制目標為內(nèi)涵進氣氣流的氧濃度，表示為目標濃度[O<subgt;2</subgt;]<subgt;6m</subgt;；步驟S20：控制加力燃燒室調(diào)控系統(tǒng)的各指標接近試驗狀態(tài)；步驟S30：實時測量內(nèi)涵進氣氣流中氧的測量濃度[O<subgt;2</subgt;]，計算測量濃度[O<subgt;2</subgt;]與目標濃度[O<subgt;2</subgt;]<subgt;6m</subgt;的實際差值；步驟S40：根據(jù)實際差值操作預(yù)燃燃燒器(43)；步驟S50：判斷氣流的氧濃度，是否達到目標濃度[O<subgt;2</subgt;]<subgt;6m</subgt;，如果沒有達到，重新執(zhí)行步驟S20至步驟S40。根據(jù)上述技術(shù)方案，能夠?qū)恿θ紵以囼瀮?nèi)涵氣流的成分進行動態(tài)的、準確的調(diào)控，可以提高調(diào)控的跟隨性，縮短試驗時長，也能提高模擬試驗的真實性。

技術(shù)研發(fā)人員：楊珂,唐陽,汪洋,何沁朋,龍霆,陳俊林
受保護的技術(shù)使用者：中國航發(fā)貴陽發(fā)動機設(shè)計研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6