CN107764505A - 一种超音速进气道的正激波位置测量方法 - Google Patents

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唐仁杰
卢杰
赵胜海
熊薇
万丽颖
任志文
周昌申
陈尊敬
安平
江海涛
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Abstract

本发明属于超音速进气道激波测量技术，具体涉及一种超音速进气道的正激波位置测量方法。本发明超音速进气道的正激波位置测量方法在超音速飞行器的机身(1)下方进气道(2)出口段安装声波发射器，进气道(2)喉道偏向顺气流方向的下游位置作为正激波限制位置(21)安装有声波感受器，当声波发射器发射声波，如果在正激波限制位置(21)未探测到声波，则表明激波未到达该正激波限制位置(21)，如果探测到声波，表明激波超过正激波限制位置(21)。本发明易于实施，而且检测方便，能快速方便地测量出超音速进气道内正激波的位置，从而为包括进气道在内的整个动力装置控制系统提供准确有效的控制输入参数。

Description

一种超音速进气道的正激波位置测量方法
技术领域
本发明属于超音速进气道激波测量技术，具体涉及一种超音速进气道的正激波位置测量方法。
背景技术
根据激波系与进气道唇口之间相对位置关系，超音速进气道可分为外压式、混压式和内压式超音速进气道。其中，外压式和混压式是两种最常用的超音速进气道。对于这几种不同类型的超音速进气道，正激波的位置都是表征进气道工作状态的重要参数，及时有效地调节正激波的位置是保证进气道高效率正常地工作、防止进气道出现喘振等异常状态的必要手段。因此，对于具有自我调节控制能力的超音速进气道，在超音速进气道的工作过程中，需要能够快速、准确、简便地测知正激波的位置。
目前，超音速进气道正激波位置的测量，常见的技术途径是采用传感器测量进气道内的压力、温度等间接指示激波位置的方式，该方式可以沿用成熟的压力、温度传感器产品设计制造和供货渠道。但用传感器间接测量方式也存在测量点偏多、传感器体积和重量偏大，过多地影响进气道内正常气体流动工作状态；测量参数响应时间过长、不利于进气道控制的及时响应；而且间接测量方式只是一种间接观测手段，不能直接表明进气道的正激波位置等问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种测量点少、实施方便的超音速进气道的正激波位置测量方法。
本发明的技术方案是：一种超音速进气道的正激波位置测量方法，其在超音速飞行器的机身1下方进气道2出口段安装声波发射器，进气道2喉道偏向顺气流方向的下游位置作为正激波限制位置21安装有声波感受器，当声波发射器发射声波，如果在正激波限制位置21未探测到声波，则表明激波未到达该正激波限制位置21，如果探测到声波，表明激波超过正激波限制位置21。
正激波限制位置21偏向进气道出口方向设置有正激波探测位置25，该正激波探测位置25处也设置有声波探测器。
当正激波限制位置21处的声波感受器没有感受到声波，而正激波探测位置25处的声波感受器感受到声波时，则表明正激波22位于正激波限制位置21和正激波探测位置25之间；
当正激波限制位置21和正激波探测位置25处的声波感受器都感受到声波时，则表明正激波已经越过保证进气道安全工作的限制位置21；
当正激波限制位置21和正激波探测位置25处的声波感受器都没有感受到声波时，则表明正激波还在正激波探测位置25的顺流向下方。
所述声波发射器位于进气道2的出口截面23处。
所述声波发射器为超声波发射器，所述声波探测器为超声波探测器。
本发明的技术效果是：相较于现有技术，本发明超音速进气道的正激波位置测量方法优点如下：
(1)能快速地测量出超音速进气道内正激波的位置。
相比于利用传感器测量流场压力、温度分布来间接判断正激波位置的现有技术，本发明能更实时地反映流场内正激波的位置，测量系统惯性更小，从而使得包括进气道在内的整个动力装置控制系统有更快的反应时间和更高的控制响应速度。
(2)正激波的位置测量更准确。
相比于利用传感器测量流场压力、温度分布来间接判断正激波位置的现有技术，本发明是利用声波在流体介质中的传播特性来直接“听见”正激波的位置，因而其正激波位置测量结果具有更高的可信度。
(3)测量装置更简便。
对于利用传感器测量流场压力、温度分布来间接判断正激波位置的现有技术，即使在空间紧张的进气道喉道附近沿气流方向安装了两个传感器，采用对比两个传感器的测量同类参数是否数值差别明显来判断正激波是否发生在两个传感器之间，也只能判断得出正激波是否位于两个传感器之间，而不能判断得出究竟是正激波已经超出进气道安全工作的限制位置还是过度靠近进气道出口。相比之下，本发明在进气道喉道附近沿气流方向安装两个超声波感受器就能确定正激波位置究竟是在两个传感器之间，或者是在两个感受器之前和之后。
另外，就单个的传感器而言，超声波发射器和感受器的体积、重量较小，占用飞行器内部空间尤其是进气道气流通道的空间较小；传感器的外观几何形状也可以根据高速气流场的有序高效率流动需求而适宜改变，方便使用。
(4)使用灵活性好。
作为进气道气流参数的测量方式，本发明既可以单独使用构成进气道控制调节系统的气流参数采集输入端，也可以与其他气流参数测量方式组合使用，使用灵活性好。
附图说明
图1是本发明超音速进气道的正激波位置测量方法第一实施方式示意图；
图2是本发明超音速进气道的正激波位置测量方法第二实施方式示意图，
其中，1-机身、2-进气道、21-正激波限制位置、22-正激波、23-出口截面、25-正激波探测位置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
请参阅图1，其是本发明超音速进气道的正激波位置测量方法第一实施方式示意图。本实施方式中，超音速飞行器的机身1下方安装有进气道2；在进气道2的出口截面23处安装一个超声波发射器，为进一步增加超声波的可识别能力，超声波发射器发出的是具有特定的频率、波形分布等信号特征的超声波；正激波限制位置21位于进气道2喉道位置略偏向顺气流方向的下游位置，在正激波限制位置21处安装有一个超声波感受器。
在进气道2的工作过程中，超声波发射器不断地发射超声波信号，超声波信号在进气道2的正激波22顺流向下方的亚音速流动区域内传播，且不能穿过正激波22传播到顺流向上方的超音速流动区域。
当正激波限制位置21处的超声波感受器没有感受到具有特征信号的超声波时，则表明正激波22没有越过保证进气道安全工作的限制位置21，此时，进气道及发动机可以根据飞行器的推力需求自主调节其工作状态。当正激波限制位置21处的超声波感受器感受到具有特征信号的超声波时，则表明正激波22已经越过保证进气道安全工作的限制位置21，此时，进气道2及发动机需要立即采取有效调节手段，比如减少进气道2后的燃烧室燃料供应量，或者增加尾喷管的喉道面积，从而降低进气道2的出口截面23处的气流压力，使得正激波22迅速撤回到正激波限制位置21以内，以保证进气道的正常安全工作。
请参阅图2，其是本发明超音速进气道的正激波位置测量方法第二实施方式示意图。本实施方式中，超音速飞行器的机身1下方安装有进气道2；在进气道2的出口截面23处安装一个超声波发射器，为进一步增加超声波的可识别能力，超声波发射器发出的是具有特定的频率、波形分布等信号特征的超声波；正激波限制位置21位于进气道2喉道位置略偏向顺气流方向的下游位置，在正激波限制位置21处安装有一个超声波感受器；正激波探测位置25位于正激波限制位置21略偏向顺气流方向的下游位置，在正激波探测位置25处也安装有一个超声波感受器。
在进气道2的工作过程中，超声波发射器不断地发射超声波信号，超声波信号在进气道2的正激波22顺流向下方的亚音速流动区域内传播，且不能穿过正激波22传播到顺流向上方的超音速流动区域。
当正激波限制位置21处的超声波感受器没有感受到具有特征信号的超声波，且正激波探测位置25处的超声波感受器感受到具有特征信号的超声波时，则表明正激波22位于正激波限制位置21和正激波探测位置25之间，此时，进气道处于安全工作范围之类，且进气道对高速气流的减速增压效率较高。当正激波限制位置21和正激波探测位置25处的超声波感受器都感受到具有特征信号的超声波时，则表明正激波已经越过保证进气道安全工作的限制位置21，此时，进气道2及发动机需要立即采取有效调节手段，使得正激波22迅速撤回到正激波限制位置21以内，以保证进气道的正常安全工作。当正激波限制位置21和正激波探测位置25处的超声波感受器都没有感受到具有特征信号的超声波时，则表明正激波还在正激波探测位置25的顺流向下方，此时，为了提高进气道的气流减速增压效率以提高整个动力系统的工作效率，进气道2及发动机需要采取有效调节手段，比如增加进气道2后的燃烧室燃料供应量，或者减少尾喷管的喉道面积，从而增加进气道2的出口截面23处的气流压力，使得正激波22逆气流方向移动到正激波限制位置21和正激波探测位置25之间，从而将进气道调整至安全且高效的工作状态。

Claims (5)

1.一种超音速进气道的正激波位置测量方法，其特征在于，在超音速飞行器的机身(1)旁侧的进气道(2)出口段安装声波发射器，进气道(2)喉道偏向顺气流方向的下游位置作为正激波限制位置(21)安装有声波感受器，当声波发射器发射声波，如果在正激波限制位置(21)未探测到声波，则表明激波未到达该正激波限制位置(21)；如果探测到声波，表明激波超过正激波限制位置(21)。
2.根据权利要求1所述的超音速进气道的正激波位置测量方法，其特征在于，在正激波限制位置(21)的偏向进气道出口方向设置有正激波探测位置(25)，该正激波探测位置(25)处也设置有声波探测器。
3.根据权利要求2所述的超音速进气道的正激波位置测量方法，其特征在于，当正激波限制位置(21)处的声波感受器没有感受到声波，而正激波探测位置(25)处的声波感受器感受到声波时，则表明正激波(22)位于正激波限制位置(21)和正激波探测位置(25)之间；
当正激波限制位置(21)和正激波探测位置(25)处的声波感受器都感受到声波时，则表明正激波已经越过保证进气道安全工作的限制位置(21)；
当正激波限制位置(21)和正激波探测位置(25)处的声波感受器都没有感受到声波时，则表明正激波还在正激波限制位置(25)的顺流向下方。
4.根据权利要求3所述的超音速进气道的正激波位置测量方法，其特征在于，所述声波发射器位于进气道(2)的出口截面(23)处。
5.根据权利要求4所述的超音速进气道的正激波位置测量方法，其特征在于，所述声波发射器为超声波发射器，所述声波探测器为超声波探测器。
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