CN105201726A - 一种多通道同步点火测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道同步点火测试系统，包括点火控制系统、至少2个点火系统、至少2个燃烧室、成像系统、数据采集系统、配气及循环系统和测试仪表；点火控制系统分别与点火系统、数据采集系统、成像系统连接；不同点火系统安装在结构相同的不同燃烧室上；配气及循环系统与燃烧室连接，并保证各燃烧室混气参数相同；成像系统安装在燃烧室玻璃窗对面，用于拍摄燃烧室内火焰发展历程；数据采集系统与安装在燃烧室上的测试仪表连接，用于采集燃烧室内燃烧参数；燃烧室开有玻璃窗。本发明能够精确比较不同点火方式的优劣，及相同点火方式不同结构点火器性能的差异，为优选点火技术设备提供最佳实验技术，从而保证发动机使用的点火系统性能高效、安全可靠。

Description

一种多通道同步点火测试系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种多通道同步点火测试系统。

背景技术

航空发动机和冲压发动机的飞行高度和速度逐步提高，燃烧室处于高空、高速、低压、低温环境，点火燃烧条件非常恶劣，易出现低压点火困难、燃烧稳定性差、燃烧效率下降等问题，特别是脉冲爆震发动机，要求点火方式具有快速点火，强化燃烧及快速触发爆震波的能力。为此，需要提出能够有效比较不同点火方式的实验方法和系统，能够选出最优的点火技术，从而加快相应点火技术的开发和具体应用。

实现多次点火的点火方式主要有火花塞、激光诱导火花、等离子体，它们都是使未燃混气，产生初始自由基，引发链式反应，达到点火的目的。火花塞点火则是一种广泛应用、比较可靠的点火，是在点火的瞬间，放电电弧直接击穿可燃混气，产生热等离子体，通过升高局部小区域的燃气温度，使可燃混气分子受热、分解，形成活性基团，实现点燃混气的过程。激光诱导火花点火则需要聚焦高能激光脉冲，两者都属于小体积点火方式，属热点火，点火效率低。当燃烧工况非常恶劣时，其适用性和可靠性就存在缺陷，从而会导致点火困难或点火不成功。低温等离子体点火和燃烧强化是等离子体技术的一种新的应用途径，其具有实现稀薄混合气可靠、高效点火和快速燃烧的潜力，该技术已经引起世界各国的广泛关注。交流驱动的介质阻挡放电是产生低温等离子的主要方式，能够在一定的压力下产生体积大、能量密度高的低温等离子体，从而提高点火和燃烧稳定性，极大地缩短了着火延迟时间和改善着火极限。

航空发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室的进口压力低，特别是高空低压下，压力可低至0.04-0.05MPa，不仅着火的速度-压力边界急剧缩小，而且着火的空气燃油比边界也急剧缩小，从而造成点火困难、燃烧不稳定。为保证发动机在各种极端条件下的可靠点火，必须克服火花塞在高空低压下存在点火困难这一缺陷，希望发展一种先进的点火技术。脉冲爆震发动机(简称PDE)是未来航空航天领域一种新型的动力装置，由于目前在爆震理论、关键技术、样机研制等研究方面还存在很多困难，研究成果还没有达到理想预期及工程应用程度，而点火方式成为其发展的关键技术之一。采用低温等离子体作为成功有效的点火方式，可在爆震管头部一定长度内、在整个截面同时实现大体积点火与燃烧，提高点火性能，缩短点火延迟时间，加快爆震波的形成，提高PDE性能和工作频率。

目前，国内外对于现有的点火方式，还没有从完全定量的角度去验证点火方式优越性。而比较通用的方式是，在保证实验条件和工况尽可能相同的条件下开展实验，单独测试某种点火方式性能参数，再与其它点火方式比较，这种方法由于不在同一时刻进行点火和测量数据实验，很难保证实验条件和混气参数的完全一致，因此，现有的方法只能在一定程度上区分点火方式的好坏，还不能做到真正意义上的对比。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是如何保证实验工况、混气参数相同的条件下，在同一时刻触发不同点火方式、成像系统、数据采集系统，从而精确比较不同点火方式的优劣，及相同点火方式不同结构点火性能的差异，为优选点火技术设备提供最佳实验技术，从而保证发动机使用的点火系统性能高效、安全可靠。

为了解决以上技术问题，本发明公开了一种多通道同步点火测试系统，包括点火控制系统、至少2个点火系统、至少2个燃烧室、成像系统、数据采集系统、配气及循环系统和测试仪表；点火控制系统分别与点火系统、数据采集系统、成像系统连接；不同点火系统安装在结构相同的不同燃烧室上；配气及循环系统与燃烧室连接，并保证各燃烧室混气参数相同；成像系统安装在燃烧室玻璃窗对面，用于拍摄燃烧室内火焰发展历程；数据采集系统与安装在燃烧室上的测试仪表连接，用于采集燃烧室内燃烧参数；燃烧室开有玻璃窗。

进一步，作为一种优选，所述点火控制系统通过总开关，同步触发不同点火系统、成像系统、数据采集系统，使点火、成像和数据采集在同一时刻开始进行。

进一步，作为一种优选，所述配气及循环系统具体由阀门、循环泵、真空表、真空泵组成。

进一步，作为一种优选，所述点火系统共有3个，分别为第一点火系统、第二点火系统和第三点火系统，燃烧室共有3个，分别为第一燃烧室、第二燃烧室和第三燃烧室，第一点火系统、第二点火系统和第三点火系统分别和第一燃烧室、第二燃烧室和第三燃烧室连接。

进一步，作为一种优选，不同燃烧室的结构完全相同，配制的燃烧室内混气完全相同。

进一步，作为一种优选，数据采集系统同时采集不同燃烧室内的燃烧参数，并且采集参数信号、数量、位置和特性完全相同。

进一步，作为一种优选，所述配气及循环系统具体由阀门、循环泵、真空表、真空泵组成。

进一步，作为一种优选，所述配气及循环系统将不同燃烧室构成气体流动的串联系统，使填充系统内的燃料和氧化剂经过循环掺混均匀，保证不同燃烧室内混气参数完全相同。

进一步，作为一种优选，所述配气及循环系统通过关闭与燃烧室连接的阀门，保证不同燃烧室内点火和燃烧处于独立过程，不相互干扰。

进一步，作为一种优选，所述燃烧室头部区域开有混气进口，所述配气及循环系统将相同混气参数的气源与混气进口相连。

本发明和现有技术相比所具有的有益效果：

本发明通过保证实验工况、混气参数相同的条件下，在同一时刻触发不同点火方式、成像系统、数据采集系统，能够精确比较不同点火方式的优劣，及相同点火方式不同结构点火性能的差异，为优选点火技术设备提供最佳实验技术，从而保证发动机使用的点火系统性能高效、安全可靠。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为混气静止状态下多通道同步点火测试系统实施例流程图；

图2为流动混气条件下多通道同步点火测试系统实施例流程图。

具体实施方式

参照图1-2对本发明的实施例进行说明。

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是静态混气点火实验系统示意图，其中，包括点火控制系统1、数据采集系统2、点火系统3、点火系统4、点火系统5、成像系统6、燃烧室7、燃烧室8、燃烧室9、阀门10、阀门11、阀门12、阀门13、阀门14、阀门15、阀门16、循环泵17、阀门18、真空表19、阀门20、真空泵21、阀门22、阀门23、阀门24、阀门25。

所述的点火控制系统1是指控制数据采集系统2、点火系统3、点火系统4、点火系统5、成像系统6同时工作的控制装置，其上设有点火系统3、点火系统4、点火系统5、成像系统6的开关和总开关，在触发总开关前，各路系统处于待机状态，触发总开关后，各路系统同时工作；所述的数据采集系统2是指按点火控制系统1的指令采集燃烧室燃烧参数，相应的测试仪表与燃烧室连接；所述的点火系统3、点火系统4、点火系统5是指电源或源设备，其按点火控制系统1的指令使点火系统点火，点火系统安装在燃烧室相应位置；所述的成像系统6是指高速摄影仪或PLIF火焰测试仪或红外测温仪等，其按点火控制系统1的指令测量火焰图像或温度等；所述的燃烧室7、燃烧室8、燃烧室9是指结构完全相同的燃烧腔室，壁面开有透明玻璃窗，燃烧室内充满参数相同的可燃混气；所述的阀门10、阀门11、阀门12、阀门13、阀门14、阀门15、阀门16、阀门18、阀门20、阀门22、阀门23、阀门24、阀门25是指连接管路的阀门，阀门22用于填充空气，阀门23用于填充纯氧，阀门24、阀门25用于填充气体燃料；所述的循环泵17是指使燃烧系统内燃料气和空气或氧化剂流动，掺混均匀的动力泵；所述的真空表21是指测试燃烧室气体压力的仪表，按一定的混气配比，填充一定压力气体燃料份额；所述的真空泵21是指将燃烧系统气体抽出至大气，使燃烧系统内气体为一定的压力。

静态混气条件下，一种多通道同步点火测试系统，特别在脉冲爆震发动机点火起爆方面应用广泛，包括以下三个流程：

一种点火方式性能测试流程，主要为燃烧室7填充可燃混气，抽真空流程：关闭所有阀门，打开阀门10、阀门15、阀门18、阀门20，用真空泵21抽出系统空气，由真空表19确定真空度，关闭阀门20，再关闭真空泵21。燃料填充流程：打开燃料进口阀门24或25，燃料进入燃烧室7，由真空表19核准填充燃料份额的分压力，关闭燃料阀门24或25，再打开阀门22，向实验系统填充空气至常压，关闭阀门22。燃料和氧化剂循环流程是：开启循环泵17，混气的循环路径为循环泵17—阀门10—燃烧室7—阀门15—循环泵17。经过循环5-8分钟后，混气混合均匀，关闭循环泵17。系统压力点火流程：关闭阀门10、阀门15、阀门18，通过点火控制系统1，触发燃烧室7点火的同时，数据采集系统2和成像系统6同时工作。

两种点火方式性能测试流程，主要为燃烧室7和燃烧室8填充可燃混气，抽真空流程：关闭所有阀门，打开阀门10、阀门11、阀门12、阀门16、阀门18、阀门20，用真空泵21抽出系统空气，由真空表19确定真空度，关闭阀门20，再关闭真空泵21。燃料填充流程：打开燃料进口阀门24或25，燃料进入燃烧室7和燃烧室8，由真空表19核准填充燃料份额的分压力，关闭燃料阀门24或25，再打开阀门22，向实验系统填充空气至常压，关闭阀门22。燃料和氧化剂循环流程是：开启循环泵17，混气的循环路径为循环泵17—阀门10—燃烧室7—阀门11—燃烧室8—阀门12—阀门16—循环泵17。经过循环5-8分钟后，混气混合均匀，关闭循环泵17。系统压力点火流程：关闭阀门10、阀门11、阀门12、阀门18，通过点火控制系统1，触发燃烧室7和燃烧室8点火的同时，数据采集系统2和成像系统6同时工作。

三种点火方式性能测试流程，主要为燃烧室7和燃烧室8和燃烧室9填充可燃混气，抽真空流程：关闭所有阀门，打开阀门10、阀门11、阀门12、阀门13、阀门14、阀门18、阀门20，用真空泵21抽出系统空气，由真空表19确定真空度，关闭阀门20，再关闭真空泵。燃料填充流程：打开燃料进口阀门24或25，燃料进入燃烧室7和燃烧室8和燃烧室9，由真空表19核准填充燃料份额的分压力，关闭燃料阀门24或25，再打开阀门22，向实验系统填充空气至常压，关闭阀门22。燃料和氧化剂循环流程是：开启循环泵17，混气的循环路径为循环泵17—阀门10—燃烧室7—阀门11—燃烧室8—阀门12—阀门13—燃烧室9—阀门14—循环泵17。经过循环5-8分钟后，混气混合均匀，关闭循环泵17。系统压力点火流程：关闭阀门10、阀门11、阀门12、阀门13、阀门14、阀门18，通过点火控制系统1，触发燃烧室7和燃烧室8和燃烧室9点火的同时，数据采集系统2和成像系统6同时工作。

图2是流动气流点火实验系统示意图，其中，包括点火控制系统1、数据采集系统2、点火系统3、点火系统4、点火系统5、成像系统6、燃烧室7、燃烧室8、燃烧室9、混气进口10、混气进口11、混气进口12。

所述的点火控制系统1是指控制数据采集系统2、点火系统3、点火系统4、点火系统5、成像系统6同时工作的控制装置，其上设有点火系统3、点火系统4、点火系统5、成像系统6开关和总开关，在触发总开关前，各路系统处于待机状态，触发总开关后，各路系统同时工作；所述的数据采集系统2是指按点火控制系统1的指令采集燃烧室燃烧参数，相应的测试仪表与燃烧室连接；所述的点火系统3、点火系统4、点火系统5是指电源或源设备，其按点火控制系统1的指令使点火系统点火，点火系统安装在燃烧室相应位置；所述的成像系统6是指高速摄影仪或PLIF火焰测试仪或红外测温仪等，其按点火控制系统1的指令测量火焰图像或温度等；所述的燃烧室7、燃烧室8、燃烧室9是指结构完全相同的燃烧腔室，壁面开有透明玻璃窗，燃烧室内充满参数相同的流动可燃混气；所述的混气进口10、混气进口11、混气进口12是指根据具体实验设计要求，将燃料和氧化剂按特定的要求送入燃烧室头部区域，保证混气混气参数相同。

流动混气条件下，一种多通道同步点火测试系统，主要流程如下：

为燃烧室7或烧室8或烧室9填充可燃混气，根据实验要求，严格控制进入燃烧室的燃料和氧化剂流量，保证进入不同燃烧室的混气流动条件和混气参数相同；通过点火控制系统1，触发燃烧室7或烧室8或烧室9点火的同时，数据采集系统2和成像系统6同时工作。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种多通道同步点火测试系统，其特征在于，包括点火控制系统、至少2个点火系统、至少2个燃烧室、成像系统、数据采集系统、配气及循环系统和测试仪表；点火控制系统分别与点火系统、数据采集系统、成像系统连接；不同点火系统安装在结构相同的不同燃烧室上；配气及循环系统与燃烧室连接，并保证各燃烧室混气参数相同；成像系统安装在燃烧室玻璃窗对面，用于拍摄燃烧室内火焰发展历程；数据采集系统与安装在燃烧室上的测试仪表连接，用于采集燃烧室内燃烧参数；燃烧室开有玻璃窗。

2.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，所述点火控制系统通过总开关，同步触发不同点火系统、成像系统、数据采集系统，使点火、成像和数据采集在同一时刻开始进行。

3.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，所述点火系统共有3个，分别为第一点火系统、第二点火系统和第三点火系统，燃烧室共有3个，分别为第一燃烧室、第二燃烧室和第三燃烧室，第一点火系统、第二点火系统和第三点火系统分别和第一燃烧室、第二燃烧室和第三燃烧室连接。

4.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，不同燃烧室的结构完全相同，配制的燃烧室内混气完全相同。

5.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，数据采集系统同时采集不同燃烧室内的燃烧参数，并且采集参数信号、数量、位置和特性完全相同。

6.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，所述配气及循环系统具体由阀门、循环泵、真空表、真空泵组成。

7.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，所述配气及循环系统将不同燃烧室构成气体流动的串联系统，使填充系统内的燃料和氧化剂经过循环掺混均匀，保证不同燃烧室内混气参数完全相同。

8.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，所述配气及循环系统通过关闭与燃烧室连接的阀门，保证不同燃烧室内点火和燃烧处于独立过程，不相互干扰。

9.如权利要求1所述多通道同步点火测试系统，其特征在于，所述燃烧室头部区域开有混气进口，所述配气及循环系统将相同混气参数的气源与混气进口相连。