CN105973605B - 一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法,飞行器在飞行过程中，随着速度、攻角的不同，进气道起动的压力临界值存在差异。本发明对速度、攻角进行二维插值，可准确计算出各种速度、攻角对应的压力临界值，实现飞行器全工作范围内的进气道起动判断。并对压力传感器的测量值进行有效性判断，准确判断进气道是否起动。本发明利用发动机进气道中原有的压力测量传感器，以及控制系统发送给发动机控制器的测量数据，作为进气道不起动判别的全部数据来源，在不增加发动机的体积和重量的情况下，实现进气道是否起动的检验。

Description

一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法

技术领域

本发明属于冲压发动机故障诊断领域，具体涉及一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法。

背景技术

冲压发动机凭借其构造简单、重量轻、推重比大等特点，正取代传统发动机成为高速飞行器的理想动力装置。为获得优良的飞行性能，通常将机身与发动机进行一体化设计，与飞行器机体一体化的冲压发动机主要由进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管组成，图1为冲压发动机结构示意图。进气道作为冲压发动机的主要组成部分，其主要功能是为飞行器捕获发动机所需的捕获流量和实现最大的总压恢复，其在飞行器飞行过程中是否起动将直接决定飞行器的飞行成败。

由于冲压发动机使用场合的特殊性，在现有的冲压发动机中一般并不对进气道是否起动进行判断。冲压发动机严格按照实验人员或使用者设定的程式工作，但是如果发生进气道不起动的情况，很可能就意味着飞行的失败。

随着飞行器控制技术及计算机技术的不断发展，地面控制系统可以针对飞行器及发动机的故障，快速调整飞行器的姿态及发动机的工作程序，保证飞行器安全运行。

实际工作中，冲压发动机在进气道起动边界附近工作时，其性能最好，但此时进气道有可能出现不起动的情况。进气道不起动会导致捕获流量和总压恢复急剧下降，这将制约整个推进系统功能的发挥和性能的提高，甚至会使整个发动机不能产生推力，同时使飞行器难以控制。因此，确定进气道是否起动是一项十分有意义的工作。

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，本发明提出一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法

技术方案

一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：发动机正式工作前，设定几组对应已知速度、攻角的进气道起动阈值；所述阈值为该发动机临界工作时发动机进气道前体或进气道内部压力传感器的数值除以当前的大气压为该压力传感器的阈值；

步骤2：发动机开始运行后，将压力传感器的测量值与该压力传感器的有效范围值进行比较，若测量值位于该压力传感器的有效范围值内，测量值有效；

若测量值位于该压力传感器的有效范围值外，以该压力传感器的有效范围值的最小值为有效测量值；

步骤3：以设定的进气道起动阈值对接收到实时速度、攻角进行二维插值计算，得到当前速度、攻角对应的实时进气道起动阈值；

步骤4：将步骤2得到的有效测量值除以当前大气压，得到的数值大于实时进气道起动阈值，则认为该传感器测量处发生了一次进气道不起动故障。

重复步骤2～步骤4，在限定的时间内出现故障的次数作为发生了进气道不起动故障的依据。

以上述步骤同时运用于发动机进气道前体和进气道内部压力传感器，所有压力传感器的判定结果采用投票机制确定冲压发动机进气道是否起动。

有益效果

本发明提出的一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法,飞行器在飞行过程中，随着速度、攻角的不同，进气道起动的压力临界值存在差异。本发明对速度、攻角进行二维插值，可准确计算出各种速度、攻角对应的压力临界值，实现飞行器全工作范围内的进气道起动判断。并对压力传感器的测量值进行有效性判断，准确判断进气道是否起动。本发明利用发动机进气道中原有的压力测量传感器，以及控制系统发送给发动机控制器的测量数据，作为进气道不起动判别的全部数据来源，在不增加发动机的体积和重量的情况下，实现进气道是否起动的检验。

本发明能够达到如下效果：

1、利用发动机机身的压力传感器，不改变发动机的硬件，不增加发动机质量、体积；

2、利用二维插值计算，实现了飞行器全工作范围内的进气道起动判断；

3、采用投票机制，并对传感器的测量值进行了有效性判断，不会出现误判，可准确判断进气道是否起动。

附图说明

图1：冲压发动机结构示意图

图2：单一传感器进行进气道不起动判断流程图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

为保证判断的可靠性，本发明利用发动机进气道前体以及进气道内部多处压力传感器进行进气道不起动判断。针对每处传感器的判断方法相同，但过程独立进行，互不影响。所有传感器的判定结果采用投票机制，当超过一定比例的传感器判定结果为发生了进气道不起动故障时，控制器认为发动机发生了进气道不起动故障，向控制系统发送进气道不起动故障码；否则，发送正常码。

控制器针对一处传感器进行进气道不起动判断的过程如下：在发动机及控制器开始工作前，针对该传感器设置几组已知速度、攻角对应的进气道起动阈值。发动机运行后，开始执行进气道不起动判别，发动机在工作过程中接受控制系统发送的参数，控制系统发送的参数包括：当前大气压、飞行器速度、飞行器攻角。利用传感器的测量值与当前大气压的相比较，如果限定时间内出现比值大于相应阈值的次数达到一定数量，则该传感器则认为发生了进气道不起动故障。飞行器的速度、攻角不同时，其对应的阈值不相同。

本实例选取发动机进气道前体的一处压力传感器P₁及进气道中段的两处压力传感器P₂、P₃作为进气道不起动判断的数据来源。P₁、P₂、P₃测量值的有效范围均为：0.02～9.0MPa。本实例约定每10ms对传感器的测量数据进行一次判断，控制器每500ms向控制系统发送一次进气道状态码。如果500ms内一个传感器处出现故障的次数超过30次，则认为该传感器处发生了进气道不起动故障，当三个压力传感器的判断结果中有两个及以上认为发生了进气道不起动故障时，控制器认定发动机发生了进气道不起动故障，向控制系统发送进气道不起动故障码(0xABCD)；否则，发送进气道正常启动码(0xDCBA)。

表1 进气道起动阀值表

(a)P₁阈值表

(b)P₂阈值表

(c)P₃阈值表

在发动机工作前，在发动机控制器中，分别对P₁、P₂、P₃设置几组已知的不同速度、攻角下进气道起动阈值。P₁、P₂、P₃在不同速度、攻角下进气道的阈值如表1所示。发动机控制器工作后，按照如下流程进行进气道不启动判断：

(1)读取P₁、P₂、P₃的测量值，为消除外界干扰，本实例处采用防脉冲干扰平均滤波法对测量的压力值进行滤波。P₁、P₂、P₃的测量值分别为0.01MPa、2.3MPa、3.2MPa。P₁的测量值不在其有效测量范围内，给其赋值为最小有效值0.02MPa，P₂、P₃的测量值有效。

(2)控制系统向控制器器发送当前大气压压力P(82KPa)、飞行器速度V(3.7M)、攻角A(1.8°)。控制器接收控制系统发送的参数。

(3)控制器利用表1中的已知阈值，对速度及攻角进行二维线性插值计算，可得到此时P₁、P₂、P₃对应的阈值P₁ ^*、P₂ ^*、P₃ ^*分别为：8.42、9.03、8.59。

(4)将传感器测量值P₁、P₂、P₃与当前大气压P进行比较，P₁/P＝0.244<P₁ ^*、P₂/P＝28.05>P₂ ^*、P₃/P＝39.02>P₃ ^*。此次判定的结果为：P₁传感器处正常、P₂、P₃传感器处发生了一次故障。P₁对应的计数器Cnt₁不变，P₂、P₃对应的计数器Cnt₂、Cnt₃加一。

(5)重复以上过程50次后，达到控制器向控制系统发送进气道状态时间。如果Cnt₁、Cnt₂、Cnt₃中有两个或三个的值大于30，控制器判定进气道发生不起动故障，向控制系统发送0xABCD；否则，发送0xDCBA。然后清除Cnt₁、Cnt₂、Cnt₃的值，进入下一次判断周期。

Claims (3)

1.一种冲压发动机进气道是否起动的检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：发动机正式工作前，设定几组对应已知速度、攻角的进气道起动阈值；所述阈值为该发动机临界工作时，发动机进气道前体或进气道内部压力传感器的数值除以当前的大气压为该压力传感器的阈值；

步骤2：发动机开始运行后，将压力传感器的测量值与该压力传感器的有效范围值进行比较，若测量值位于该压力传感器的有效范围值内，测量值有效；

若测量值位于该压力传感器的有效范围值外，以该压力传感器的有效范围值的最小值为有效测量值；

步骤3：以设定的进气道起动阈值对接收到实时速度、攻角进行二维插值计算，得到当前速度、攻角对应的实时进气道起动阈值；

步骤4：将步骤2得到的有效测量值除以当前大气压，得到的数值大于实时进气道起动阈值，则认为该传感器测量处发生了一次进气道不起动故障。

2.根据权利要求1所述冲压发动机进气道是否起动的检测方法，其特征在于：重复步骤2～步骤4，在限定的时间内出现故障的次数作为发生了进气道不起动故障的依据。

3.根据权利要求1或2所述冲压发动机进气道是否起动的检测方法，其特征在于：以上述步骤同时运用于发动机进气道前体和进气道内部压力传感器，所有压力传感器的判定结果采用投票机制确定冲压发动机进气道是否起动。