CN103122807B - 一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，根据已知的压强-时间曲线，通过准确的时序触发控制，对推进剂点火时刻和特定要求的两路脉冲器点火触发激励时刻进行准确的控制。从而在精确脉冲触发激励时刻的条件下，开展机遇脉冲激励方法的复合推进剂压强耦合响应函数的实验测量工作。本发明最大的特点就是精确的控制T型燃烧器点火时间和两次脉冲激励时间，根据发动机内弹道压强曲线，通过调整高速定时器的时间间隔，能够对不同工况下的T型燃烧器实验进行精确的脉冲触发激励，触发时间间隔精度为10ms。

Description

一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法

技术领域

本发明涉及一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，准确控制发动机点火和特定工作时刻的脉冲器点火触发，为在不同工作时间精确实施外部激励，研究固体火箭发动机燃烧稳定性奠定基础。

背景技术

复合推进剂的压强耦合特性作为影响固体火箭发动机中燃烧不稳定的重要因素之一，一直受到国内外研究者的重视。对于固体推进剂来说，压强耦合特性通常用压强耦合响应函数来表征，而压强耦合响应函数则需通过实验测量手段获得。目前，实验测试多采用T型燃烧器方法。T型燃烧器的主要特点是喷管开在燃烧室的中间位置，这样可以减小声能损失，容易激发振荡。T型燃烧器通常采用管状燃烧室，在燃烧室两端分别安装两片厚度一样的推进剂，并使其同时点燃，这样使得全部燃烧表面处在相同的声环境中。理想状态下，两块推进剂同时燃烧完。当出现轴向声压振型时，T型燃烧器两端各阶频率的压强振荡幅值最大，与推进剂燃烧耦合产生的增益最大。且两端的声波速度、横向流动速度以及平均流速均为0，从而剥离了速度耦合响应的影响。T型燃烧器所能测量的轴向模态振荡频率主要取决于燃烧器长度L，以及燃烧产物的温度Tf，其表达式为f＝na/L。其中n为声模态数，a为发动机中的当地声速，与Tf有关。通常情况下，根据T型燃烧器内的声压振荡模式，可在燃烧器两端和中间三处位置进行压强测量，根据压强变化情况，可获得相应的振荡频率。

对于不含金属粒子的固体推进剂来说，T型燃烧器自身容易产生自激振荡现象，可较好的测量推进剂压强耦合响应函数。但对于含有大量金属粒子的复合推进剂来说，由于燃烧产物凝相粒子阻尼的存在，使得实验系统产生自激振荡较为困难，从而不能准确的测量出推进剂的压强耦合响应函数。因此，在T型燃烧器不能产生自激振荡的前提下，提出了外部脉冲激励的方法。通过点火时序控制装置，采用“二次脉冲法”，即分别在T型燃烧器推进剂燃烧过程中和推进剂刚刚燃烧完毕时进行脉冲激励，从而使T型燃烧器系统产生振荡，根据振荡衰减情况即可获得推进剂压强耦合响应函数。

通常情况，T型燃烧器内推进剂燃烧时间相对较短(约为1-2s)，如图1所示。对于原有点火时序控制装置来说，两路点火通道，点火信号时间间隔精度1s，在这么短的时间内要完成推进剂点火和两路脉冲器在给定不同时刻点火触发控制是远远不够的。因此，发展一种能够精确控制推进剂点火时间和脉冲器触发时刻的点火时序控制装置是研究T型燃烧器压强耦合响应函数的前提和基础。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，应用于脉冲激励方法的T型燃烧器测量装置。

技术方案

一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，采用脉冲激励方法的T型燃烧器测量装置，两片厚度一样的推进剂安装在燃烧室的两端，其特征在于具体时序控制步骤如下：

步骤1：同时启动两个推进剂的点火开关，以同时触发T型燃烧器两端推进剂的点火通道，使得T型燃烧器两端的推进剂同时点火，并以此刻为点火触发时刻；

步骤2：在点火触发时刻延迟10ms时，将压强传感器的燃烧室压强与临界压强值进行布尔运算，当燃烧室压强值连续3次均大于临界压强值时，判定T型燃烧器点火成功；

步骤3：然后延迟T1时间，触发T型燃烧器测量装置任一端的点火通道，形成第一路脉冲触发；

步骤4：再延迟T2时间，触发T型燃烧器测量装置另一端的点火通道，形成第二路脉冲触发；

步骤5：四个点火通道成功点火完毕后，关闭通道电源。

所述延迟T1取决于已知推进剂工作燃烧时间，为推进剂点火时刻至推进剂工作燃烧到中间点的时间间隔。

所述延迟T2时间取决于已知推进剂工作燃烧时间，为第一路脉冲触发时刻至已知推进剂工作燃烧结束时刻点之间的时间间隔。

有益效果

本发明提出的一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，根据已知的压强-时间曲线，通过准确的时序触发控制，对推进剂点火时刻和特定要求的两路脉冲器点火触发激励时刻进行准确的控制。从而在精确脉冲触发激励时刻的条件下，开展基于脉冲激励方法的复合推进剂压强耦合响应函数的实验测量工作。

本发明最大的特点就是精确的控制T型燃烧器点火时间和两次脉冲激励时间，根据发动机内弹道压强曲线，通过调整高速定时器的时间间隔，能够对不同工况下的T型燃烧器实验进行精确的脉冲触发激励，触发时间间隔精度为10ms。

附图说明

图1：T型燃烧器实验系统原理图；

图2：T型燃烧器实验典型压强曲线；

图3：点火时序控制流程图；

图4：点火触发时序控制图；

图5：触发控制时序图；

图6：脉冲实验时序图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例采用图1所述的T型燃烧器实验系统，其工作原理如图3所示。从图可以看出，点火时序控制系统分为4路点火控制：1路和2路为推进剂点火通道，其要求1路和2路同时点火，这是T型燃烧器两端装有推进剂实验测量的必要前提；3路为第一次脉冲触发点火通道，4路为第二次脉冲触发点火通道，其中3路触发在发动机工作中间时刻，4路触发在发动机推进剂刚刚结束燃烧时刻，这两路时刻的选取是整个时序控制的关键，需根据同工况下已知的压强-时间曲线进行设定。因此，点火时序控制工作方式为：

按下点火开关按钮，同时触发1路和2路点火通道，使其T型燃烧器两端的推进剂同时点火；1路和2路点火触发10ms后(该时间为推进剂点火后使T型燃烧器的平衡压强达到2MPa所需的时间)，通过压强传感器开始读取燃烧室压强，与临界压强值进行布尔运算，判断点火是否成功(点火成功则触发脉冲激励装置，如果点火不成功则不触发脉冲激励装置，从而有效的保护脉冲激励装置的使用)。I/O扩展模块不断将燃烧室内的压强值输入PLC主机中，当读入的燃烧室压强值连续3次都大于临界压强值2MPa(可根据实际情况改动)后，认为T型燃烧器点火成功，立即进入脉冲触发部分，即触发高速定时器1，设定时间为T1(T1时间段确定原则:根据已知推进剂工作燃烧时间，取1路和2路点火为零时刻开始，至推进剂工作燃烧中间点时刻之间的时间间隔)；高速定时器1达到T1后，立即触发3路点火通道，形成第一路脉冲触发。在触发3路点火通道的同时触发高速定时器2，设定时间为T2(T2时间段的确定原则：取第一路脉冲触发时刻为零时刻至已知推进剂工作燃烧结束时刻点的时间间隔)；高度定时器2到达T2后，立即触发4路点火通道，形成第二路脉冲触发。四个通道成功点火完毕后，关闭通道电源。并且在4路点火触发5s以后，所有通道复位，结束点火时序控制。下图4为典型的点火触发时序控制图。

以上为点火时序控制工作原理，其中临界压强值、高速定时器1和2的时间都可以根据具体实验需要进行调整。

具体实施例：

在预设T型燃烧器工作压强为7.0MPa、工作时间为2.0s的工况下，分别对工作中间时刻1.0s和推进剂刚刚燃烧完毕2.0s时刻进行脉冲触发激励，以考察点火时序控制效果。其中点火时序中的高速定时器1的时间间隔设定1000ms，高速定时器2的时间间隔设定1000ms，即第一次脉冲触发时刻在发动机点火之后1.0s，第二次脉冲触发在发动机点火之后2.0s，并且两次触发2s后关闭。触发控制时序如图5所示。

图6为实验工作条件下脉冲触发激励时序的实际情况。发动机工作时间为2.0s，从图中可以看出1路、2路点火通道同时触发。第一次脉冲触发激励时刻为推进剂点火后1.05s，第二次脉冲触发激励时刻为推进剂点火后2.05s。对比图5控制时序图来说，两次脉冲触发时间均延迟0.05s。这是因为在推进剂点火之后，需要程序根据燃烧室的压强值进行点火是否成功的判断，即程序自身需要进行数据读入、布尔运算以及信号输出等过程。该过程运行时间约为0.05s。所以实际上第一次脉冲触发激励时刻是在推进剂点火0.05s之后开始触发高速定时器1，与实际实验中完全相符。第二路脉冲触发时刻与第一路触发时刻之间的间隔为1000ms，与实际实验相符。

通过实验测量的压强时间曲线可以看出，脉冲触发时刻工作正常，参数设置合理，达到了预期实验效果。因此说明，在脉冲触发激励T型燃烧器实验中，高精度多通道点火时序控制装置的应用是成功的。

Claims (3)

1.一种多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，采用脉冲激励方法的T型燃烧器测量装置，两片厚度一样的推进剂安装在燃烧室的两端，其特征在于具体时序控制步骤如下：

步骤1：同时启动两个推进剂的点火开关，以同时触发T型燃烧器两端推进剂的点火通道，使得T型燃烧器两端的推进剂同时点火，并以此刻为点火触发时刻；

步骤2：在点火触发时刻延迟10ms时，将压强传感器的燃烧室压强与临界压强值进行布尔运算，当燃烧室压强值连续3次均大于临界压强值时，判定T型燃烧器点火成功；

步骤3：然后延迟T1时间，触发T型燃烧器测量装置任一端的点火通道，形成第一路脉冲触发；

步骤4：再延迟T2时间，触发T型燃烧器测量装置另一端的点火通道，形成第二路脉冲触发；

步骤5：四个点火通道成功点火完毕后，关闭通道电源。

2.根据权利要求1所述多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，其特征在于：所述延迟T1取决于已知推进剂工作燃烧时间，为推进剂点火时刻至推进剂工作燃烧到中间点的时间间隔。

3.根据权利要求1所述多通道固体火箭发动机点火时序控制方法，其特征在于：所述延迟T2时间取决于已知推进剂工作燃烧时间，为第一路脉冲触发时刻至已知推进剂工作燃烧结束时刻点之间的时间间隔。