CN101776471A - 一种脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法，其特征在于：步骤1，设定发动机中的电磁阀占空比、工作频率、气态介质供给压力的变化范围，并将相应范围均分为N、M、K份，得(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况，采用集气法测量在发动机冷态下该(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况的气态介质流量；步骤2，分别选取3种不同电磁阀占空比、工作频率、气态介质供给压力，采用称重法测量在发动机热态条件下该27种工况的气态介质流量；步骤3，计算步骤2中27种工况的流量修正因子，用三维插值得到步骤1中其余工况的流量修正因子；步骤4，由步骤1中的(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况的气态介质流量采用三维插值方法得到给定具体工况在冷态的气态介质流量，并由相应的流量修正因子得到热态条件的气态介质流量。

Description

一种脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法

技术领域

本发明涉及一种流量测量方法，尤其是一种脉冲爆震发动机间歇式流量测量方法。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种利用周期性爆震波产生的高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的非稳态推进装置。脉冲爆震发动机的一个工作循环过程为可燃混合物的填充、点火起爆、爆震波的传播和填充隔离气体，由此可以看出它的整个工作过程是间歇式的、周期性的。

一般情况下大多数系统的供给是连续性的，而且是稳态的，所以介质供给流量可以利用一般的质量流量计测量。但是由于脉冲爆震发动机中气态介质供给过程是间歇式的，使得气态介质流量非稳态；另外，由于普通流量计响应时间较长，一般为1～2秒，而脉冲爆震发动机工作频率较高，一个工作循环的时间很短，通过电磁阀的气态介质供给时间也很短，导致普通流量计难以测出通过电磁阀的气态介质流量。而由于气源等介质供给装置都是固定安装的，所以采用称重方法测量脉冲爆震发动机中气态介质流量也因操作复杂而不便于大量应用。

国内外大量的脉冲爆震发动机模型试验研究中都采用电磁阀来实现燃料、氧化剂和隔离气这三种介质的间歇供给，而介质流量会受到电磁阀占空比、电磁阀工作频率和介质供给压力三个因素的影响，每种具体的电磁阀占空比、电磁阀工作频率和介质供给压力即对应一种工况，若对于每一种具体工况都测量通过电磁阀的介质流量，工作量很大，操作较为麻烦。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法。

本发明的技术特征在于：

所述脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法的步骤如下：

步骤1，设定脉冲爆震发动机中的电磁阀占空比变化范围为0.2至0.9，将该区间均分为N份，得到N+1个不同电磁阀占空比；电磁阀工作频率变化范围为5Hz至40Hz，将该区间均分为M份，得到M+1个不同电磁阀工作频率；气态介质供给压力变化范围为0.2MPa至2.0MPa，将该区间均分为K份，得到K+1个不同气态介质供给压力；将所述N+1个不同电磁阀占空比、M+1个不同电磁阀工作频率和K+1个不同气态介质供给压力任意组合，得到(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况；采用集气法测量在脉冲爆震发动机冷态条件下上述(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况的气态介质流量；

所述集气法为：

步骤a：将气球接在电磁阀出口处，收集通过电磁阀的气态介质，并测量供给时间t；

步骤b：测量收集气态介质后的气球周长L、气球内部压力p和气态介质温度T，由球体体积公式 $V=\frac{L^3}{6{\mathrm{\π}}^2},$ 计算得气球体积V，由理想气体状态方程ρ＝p/RT，计算得气态介质密度ρ，其中R为气体常数；

步骤c：根据步骤a和步骤b得到的供给时间t、气球体积V和气态介质密度ρ，及已知的电磁阀工作频率f，由公式 $\stackrel{\·}{m}=\mathrm{\ρV}/\mathrm{ft},$ 计算得脉冲爆震发动机一个冷态工作循环过程中通过电磁阀的气态介质流量

；

步骤2，选取电磁阀占空比为0.2、0.9及步骤1中电磁阀占空比变化区间的第

个点的电磁阀占空比，共3个不同电磁阀占空比；选取电磁阀工作频率为5Hz、40Hz及步骤1中电磁阀工作频率变化区间的第

个点的电磁阀工作频率，共3个不同电磁阀工作频率；选取气态介质供给压力为0.2MPa、2.0MPa及步骤1中气态介质供给压力变化区间的第

个点的气态介质供给压力，共3个不同气态介质供给压力；将上述选取的3个不同电磁阀占空比、3个不同电磁阀工作频率和3个不同气态介质供给压力任意组合，可以得到27种工况；采用称重法测量在脉冲爆震发动机热态工作条件下上述27种工况的气态介质流量；

步骤3，用步骤2中得到的热态工作条件下的27种工况的气态介质流量除以步骤1中得到的冷态条件下相对应工况的气态介质流量，得到相应工况的流量修正因子；以电磁阀占空比、电磁阀工作频率和气态介质供给压力为变量，由上述27种工况的流量修正因子利用三维插值方法，得到步骤1中其余工况的流量修正因子；

步骤4，给定具体的工况；以电磁阀占空比、电磁阀工作频率和气态介质供给压力为变量，由步骤1中的(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况的气态介质流量利用三维插值方法，得到给定的具体工况在脉冲爆震发动机冷态条件下的气态介质流量；将上述求得的气态介质流量乘以相应工况下的流量修正因子得到给定的具体工况在脉冲爆震发动机热态工作条件下的气态介质流量。

本发明提出的脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法提高了脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量精度，而且能够方便地得到设计工况范围内任意工况下的脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量。

具体实施方式

现结合实施例对本发明作进一步描述：

所述脉冲爆震发动机间歇式氧气流量测量方法的步骤如下：

步骤1，设定脉冲爆震发动机中的电磁阀占空比变化范围为0.2至0.9，将该区间均分为7份，得到8个不同电磁阀占空比；电磁阀工作频率变化范围为5Hz至40Hz，将该区间均分为7份，得到8个不同电磁阀工作频率；氧气供给压力变化范围为0.2MPa至2.0MPa，将该区间均分为18份，得到19个不同氧气供给压力；将所述8个不同电磁阀占空比、8个不同电磁阀工作频率和19个不同氧气供给压力任意组合，得到1216种工况；采用集气法测量在脉冲爆震发动机冷态条件下上述1216种工况的氧气流量；

所述集气法为：

步骤a：将气球接在电磁阀出口处，收集通过电磁阀的气态介质，并测量供给时间t；

步骤b：测量收集气态介质后的气球周长L、气球内部压力p和气态介质温度T，由球体体积公式 $V=\frac{L^3}{6{\mathrm{\π}}^2},$ 计算得气球体积V，由理想气体状态方程ρ＝p/RT，计算得气态介质密度ρ，其中R为气体常数；

步骤c：根据步骤a和步骤b得到的供给时间t、气球体积V和气态介质密度ρ，及已知的电磁阀工作频率f，由公式 $\stackrel{\·}{m}=\mathrm{\ρV}/\mathrm{ft},$ 计算得脉冲爆震发动机一个冷态工作循环过程中通过电磁阀的气态介质流量

；

步骤2，选取电磁阀占空比为0.2、0.5、0.9；选取电磁阀工作频率为5Hz、20Hz、40Hz；选取氧气供给压力为0.2MPa、1.0MPa、2.0MPa；将上述选取的3个不同电磁阀占空比、3个不同电磁阀工作频率和3个不同氧气供给压力任意组合，可以得到27种工况；采用称重法测量在脉冲爆震发动机热态工作条件下上述27种工况的氧气流量；

所述称重法为：在脉冲爆震发动机热态工作前，测量氧气存贮装置质量m₁；在脉冲爆震发动机热态工作t时间后，测量氧气存贮装置质量m₂；利用公式 $\stackrel{\·}{m}=(m_1-m_2)/\mathrm{ft}$ 计算得到脉冲爆震发动机一个热态工作循环过程中通过电磁阀的氧气流量

；

步骤3，用步骤2中得到的脉冲爆震发动机热态工作条件下的27种工况的氧气流量除以步骤1中得到的冷态条件下相对应工况的氧气流量，得到相应工况的流量修正因子；以电磁阀占空比、电磁阀工作频率和氧气供给压力为变量，由上述27种工况的流量修正因子利用三维插值方法，得到步骤1中除了上述27种工况外其余工况的流量修正因子；

步骤4，给定需要测量的具体工况：电磁阀占空比为0.35、电磁阀工作频率为24Hz、气态介质供给压力为1.15MPa；以电磁阀占空比、电磁阀工作频率和氧气供给压力为变量，由步骤1中的1216种工况的氧气流量利用三维插值方法，得到给定需要测量的具体工况在脉冲爆震发动机冷态条件下的氧气流量为0.297g/s；将上述求得的气态介质流量8.91g/s乘以相应工况下的流量修正因子0.976得到给定需要测量的具体工况在脉冲爆震发动机热态工作条件下的气态介质流量0.29g/s。

Claims (1)

1.一种脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法，其特征在于：所述脉冲爆震发动机间歇式气态介质流量测量方法的步骤如下：

步骤设定脉冲爆震发动机中的电磁阀占空比变化范围为0.2至0.9，将该区间均分为N份，得到N+1个不同电磁阀占空比；电磁阀工作频率变化范围为5Hz至40Hz，将该区间均分为M份，得到M+1个不同电磁阀工作频率；气态介质供给压力变化范围为0.2MPa至2.0MPa，将该区间均分为K份，得到K+1个不同气态介质供给压力；将所述N+1个不同电磁阀占空比、M+1个不同电磁阀工作频率和K+1个不同气态介质供给压力任意组合，得到(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况；采用集气法测量在脉冲爆震发动机冷态条件下上述(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况的气态介质流量；

所述集气法为：

步骤a：将气球接在电磁阀出口处，收集通过电磁阀的气态介质，并测量供给时间t；

步骤b：测量收集气态介质后的气球周长L、气球内部压力p和气态介质温度T，由球体体积公式 $V=\frac{L^3}{6{\mathrm{\π}}^2},$ 计算得气球体积V，由理想气体状态方程ρ＝p/RT，计算得气态介质密度ρ，其中R为气体常数；

步骤c：根据步骤a和步骤b得到的供给时间t、气球体积V和气态介质密度ρ，及已知的电磁阀工作频率f，由公式 $\stackrel{\·}{m}=\mathrm{\ρV}/\mathrm{ft},$ 计算得脉冲爆震发动机一个冷态工作循环过程中通过电磁阀的气态介质流量；

步骤2，选取电磁阀占空比为0.2、0.9及步骤1中电磁阀占空比变化区间的第

个点的电磁阀占空比，共3个不同电磁阀占空比；选取电磁阀工作频率为5Hz、40Hz及步骤1中电磁阀工作频率变化区间的第

个点的电磁阀工作频率，共3个不同电磁阀工作频率；选取气态介质供给压力为0.2MPa、2.0MPa及步骤1中气态介质供给压力变化区间的第

个点的气态介质供给压力，共3个不同气态介质供给压力；将上述选取的3个不同电磁阀占空比、3个不同电磁阀工作频率和3个不同气态介质供给压力任意组合，可以得到27种工况；采用称重法测量在脉冲爆震发动机热态工作条件下上述27种工况的气态介质流量；

步骤3，用步骤2中得到的热态工作条件下的27种工况的气态介质流量除以步骤1中得到的冷态条件下相对应工况的气态介质流量，得到相应工况的流量修正因子；以电磁阀占空比、电磁阀工作频率和气态介质供给压力为变量，由上述27种工况的流量修正因子利用三维插值方法，得到步骤1中其余工况的流量修正因子；

步骤4，给定具体的工况；以电磁阀占空比、电磁阀工作频率和气态介质供给压力为变量，由步骤1中的(N+1)×(M+1)×(K+1)种工况的气态介质流量利用三维插值方法，得到给定的具体工况在脉冲爆震发动机冷态条件下的气态介质流量；将上述求得的气态介质流量乘以相应工况下的流量修正因子得到给定的具体工况在脉冲爆震发动机热态工作条件下的气态介质流量。