CN112761819A - 一种微小型智能可调点火系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小型智能可调点火系统及调节方法，包括等离子体点火器、驻油箱、截止阀、助推器及控制器；驻油箱入口与主冲压发动机油路连接，驻油箱出口与等离子体点火器连接；截止阀设置在驻油箱入口，当驻油箱内油压大于主冲压发动机油路油压时处于关闭状态；所述助推器位于驻油箱内，用于调节驻油箱内油压大小；控制器分别与助推器、等离子体点火器连接，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器，并调节等离子体点火器的放电频率和电流，完成多次点火。本发明调节精度高，能够拓宽冲压发动机的贫富油工作边界，实现冲压发动机多次点火及可持续燃烧，并满足发动机宽域点火要求。

Description

一种微小型智能可调点火系统及调节方法

技术领域

发明涉及吸气式发动机点火技术领域，具体涉及一种微小型智能可调点火系统及调节方法。

背景技术

随着飞行器向着大空域大速域超远程方向的发展，对飞行速度更快、工作范围更宽的空天往返飞行器、超声速飞机、弹用吸气式冲压发动机技术的强烈要求已日益凸显。但是在冲压发动机大机动飞行、贫油、受到瞬时或持续的复杂扰动或者攻角与侧滑角不在工作范围内时，容易发生发动机熄火故障。因此需要冲压发动机在大空域范围内具有快速响应、可靠稳定工作以及多次点火的能力。吸气式冲压发动机燃烧室内的点火条件差，如何保证点火方案在宽范围来流条件下具有可靠的点火性能，也是冲压发动机工作过程中面临的一个关键问题。

目前国内外吸气式冲压发动机点火装置通常采用烟火点火器或者火花塞点火器。其中典型烟火点火器有点火性能好、点火延迟时间短的特点，但是烟火点火器工作时长一般只有0.7s-2.7s且不能实现发动机的多次点火。典型火花塞点火器可实现多次点火，但点火所耗费能量大且无法满足发动机宽域点火要求。

现有技术存在难以解决吸气式冲压发动机可靠的点火性能、多次点火的问题，不适应宽域飞行条件。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微小型智能可调点火系统及调节方法，调节精度高，能够拓宽冲压发动机的贫富油工作边界，实现冲压发动机多次点火及可持续燃烧，并满足发动机宽域点火要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种微小型智能可调点火系统，包括等离子体点火器、驻油箱、截止阀、助推器及控制器；

所述驻油箱入口与主冲压发动机油路连接，驻油箱出口与等离子体点火器连接；所述截止阀设置在驻油箱入口，当驻油箱内油压大于主冲压发动机油路油压时处于关闭状态；所述助推器位于驻油箱内，用于调节驻油箱内油压大小；所述控制器分别与助推器、等离子体点火器连接，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器，并调节等离子体点火器的放电频率和电流，完成多次点火。

进一步地，所述燃油流量根据冲压发动机的贫油、富油工作边界、冲压发动机入口的空气流量、冲压发动机油路的燃油流量解算得到；

所述冲压发动机油路的燃油流量根据冲压发动机的余气系数和冲压发动机入口的空气流量解算得到；

所述余气系数根据飞行器的飞行高度、飞行马赫数、攻角和来流总温计算得到；

所述空气流量根据飞行高度、飞行马赫数、攻角、侧滑角、来流总压和来流总温计算得到。

进一步地，所述等离子体点火器包括高压电极、绝缘介质、低压电极及环形壳体；

所述低压电极通过绝缘介质固定在高压电极外圆周，高压电极与低压电极之间形成放电空间；所述高压电极内部为中空结构，一端为油气入口，另一端为射流出口；环形壳体一端固定在低压电极外圆周一端，另一端作为火焰喷口，环形壳体与低压电极之间形成旋流空间；所述低压电极上设有进气孔；所述环形壳体上设有切向进气口；

等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用燃油，高速射流可燃混合气由高压电极油气入口和切向进气口进入；由高压电极油气入口进入的可燃混合气在高压电极中空部分形成直流射流火焰直接喷出；由切向油气入口进入的可燃混合气在旋流空间内形成旋转气流，并向火焰喷口运动；同时可燃混合气通过低压电极上的进气孔进入放电空间，被电离形成等离子体燃气并燃烧，喷入冲压发动机燃烧室完成点火。

进一步地，所述绝缘介质采用聚四氟乙烯。

进一步地，所述高压电极朝向火焰喷口一端设有放电凸台。

进一步地，所述高压电极上设有绝缘介质限位台，所述进气孔设置在低压电极中部，所述中部与绝缘介质限位台、放电凸台之间的区域对应。

一种微小型智能可调点火系统的调节方法，调节方法步骤如下：

步骤1，根据飞行器的飞行高度、飞行马赫数、攻角和来流总温计算不同飞行条件下冲压发动机的余气系数及贫油、富油工作边界；

步骤2，根据飞行高度、飞行马赫数、攻角、侧滑角、来流总压和来流总温计算冲压发动机入口的空气流量；

步骤3，根据步骤1和步骤2计算的余气系数、空气流量解算冲压发动机油路的燃油流量；

步骤4，根据所述贫油、富油工作边界、空气流量和冲压发动机油路的燃油流量解算等离子体点火器需要的燃油流量，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器调节油压大小；

步骤5，根据步骤1计算的贫油、富油工作边界及燃烧室温度，控制器调节等离子体点火器放电频率和电流完成多次点火。

有益效果：

1、本发明的等离子体点火器为电点火，能够重复点火，微小型智能可调点火系统与主冲压发动机共用燃油，实现多次点火及贫富油条件下等离子体点火器可持续燃烧，拓宽冲压发动机的贫富油工作边界；本发明可在较宽飞行高度范围和马赫数范围下实现发动机可靠点火，解决了冲压发动机在大空域范围内响应速度慢、工作范围窄、工作性能差的问题；调节方法控制精度高，满足冲压发动机宽域机动飞行的要求。

2、本发明等离子体点火器结构简单，能够实现冲压发动机多次点火及可持续燃烧，并满足发动机宽域点火要求；其次高压电极中心射流可以增强火焰穿透能力，高速旋转射流可以增强燃油雾化并扩大燃烧面积，点火性能可靠。

3、本发明高压电极上设置的放电凸台，减小放电区域出口大小，可以稳定放电空间可燃混气速度，提高电离度，并提高点火的可靠性和系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明等离子体点火器结构示意图；

其中，1-高压电极、2-低压电极、3-环形壳体，4-切向进气口、5-进气孔、6-放电凸台、7-低速火焰、8-高速旋转射流火焰、9-点火火焰、10-高速射流火焰。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种微小型智能可调点火系统，如图1所示，包括等离子体点火器、驻油箱、截止阀、助推器及控制器。

等离子体点火器用于实现点燃冲压发动机燃烧室雾化燃油混气，并提供持续稳定燃烧火焰；驻油箱用于实现为等离子体点火器提供稳定燃油；截止阀用于防止驻油箱内燃油回流；助推器用于实现调节驻油箱内油压大小，作为控制等离子体点火器燃油流量的执行器；控制器包括等离子体点火器燃油流量控制算法和等离子体点火器电流控制算法，分别以飞行高度、飞行马赫数、攻角、侧滑角、来流总压和来流总温等飞行条件为输入，用于实现控制驻油箱内助推器及实现控制等离子体点火器放电点火。

驻油箱入口与主冲压发动机油路连接，驻油箱出口与等离子体点火器连接；截止阀设置在驻油箱入口，当驻油箱内油压大于主冲压发动机油路油压时处于关闭状态；助推器位于驻油箱内，用于调节驻油箱内油压大小；控制器分别与助推器、等离子体点火器连接，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器，并调节等离子体点火器的放电频率和电流，完成多次点火。

如图2所示，等离子体点火器包括高压电极1、低压电极2、放电凸台6及环形壳体3。绝缘介质采用聚四氟乙烯。

低压电极2通过绝缘介质固定在高压电极1外圆周，高压电极1与低压电极2之间形成放电空间；绝缘介质用于隔离并支撑高压电极1和低压电极2。环形壳体3一端固定在低压电极2外圆周一端，另一端作为火焰喷口，环形壳体3与低压电极2之间形成旋流空间。高压电极1内部为中空结构，一端为油气入口，另一端作为射流出口。高压电极1朝向火焰喷口一端设有放电凸台6，其外径高于高压电极1外径，用于稳定电离区可燃混气速度，提高点火的可靠性和系统的安全性。高压电极1上设有绝缘介质限位台，低压电极2中部设有进气孔5，该中部区域与绝缘介质限位台、放电凸台6之间的区域对应。环形壳体3上设有切向伸出的切向进气通道，作为切向进气口4。

冲压发动机等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用燃油，高速射流可燃混合气由高压电极1油气入口和切向进气口4进入。

由高压电极1油气入口进入的可燃混合气在高压电极1中空部分为直流射流，可实现中心高速射流火焰10，用于增强火焰穿透能力。

由切向油气入口4进入的可燃混合气在旋流空间内形成旋转气流，旋转气流向火焰喷口运动喷出高速旋转射流火焰8，用于增强燃油雾化并扩大燃烧面积；同时可燃混合气通过低压电极2上的进气孔5进入放电空间。高压电极1和低压电极2之间的环形通道为低速点火区，内部为低速火焰7，油气混合流过该低速点火区时被电离形成等离子体燃气并燃烧成点火火焰9，喷入主发动机燃烧室完成点火。

可调点火系统的调节方法步骤如下：

步骤1，根据飞行器的飞行高度、飞行马赫数、攻角和来流总温计算不同飞行条件下冲压发动机的余气系数及贫油、富油工作边界；

步骤2，根据飞行高度、飞行马赫数、攻角、侧滑角、来流总压和来流总温计算冲压发动机入口的空气流量；

步骤3，根据步骤1和步骤2计算的余气系数、空气流量解算冲压发动机油路的燃油流量；

步骤4，根据步骤1计算的贫油、富油工作边界、步骤2计算的空气流量和步骤3计算的冲压发动机油路的燃油流量解算等离子体点火器需要的燃油流量，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器调节油压大小；

步骤5，根据步骤1计算的贫油、富油工作边界及燃烧室温度，控制器调节等离子体点火器放电频率和电流完成多次点火。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微小型智能可调点火系统，其特征在于，包括等离子体点火器、驻油箱、截止阀、助推器及控制器；

所述驻油箱入口与主冲压发动机油路连接，驻油箱出口与等离子体点火器连接；所述截止阀设置在驻油箱入口，当驻油箱内油压大于主冲压发动机油路油压时处于关闭状态；所述助推器位于驻油箱内，用于调节驻油箱内油压大小；所述控制器分别与助推器、等离子体点火器连接，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器，并调节等离子体点火器的放电频率和电流，完成多次点火。

2.如权利要求1所述的一种微小型智能可调点火系统，其特征在于，所述燃油流量根据冲压发动机的贫油、富油工作边界、冲压发动机入口的空气流量、冲压发动机油路的燃油流量解算得到；

所述冲压发动机油路的燃油流量根据冲压发动机的余气系数和冲压发动机入口的空气流量解算得到；

所述余气系数根据飞行器的飞行高度、飞行马赫数、攻角和来流总温计算得到；

所述空气流量根据飞行高度、飞行马赫数、攻角、侧滑角、来流总压和来流总温计算得到。

3.如权利要求1所述的一种微小型智能可调点火系统，其特征在于，所述等离子体点火器包括高压电极、绝缘介质、低压电极及环形壳体；

所述低压电极通过绝缘介质固定在高压电极外圆周，高压电极与低压电极之间形成放电空间；所述高压电极内部为中空结构，一端为油气入口，另一端为射流出口；环形壳体一端固定在低压电极外圆周一端，另一端作为火焰喷口，环形壳体与低压电极之间形成旋流空间；所述低压电极上设有进气孔；所述环形壳体上设有切向进气口；

等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用燃油，高速射流可燃混合气由高压电极油气入口和切向进气口进入；由高压电极油气入口进入的可燃混合气在高压电极中空部分形成直流射流火焰直接喷出；由切向油气入口进入的可燃混合气在旋流空间内形成旋转气流，并向火焰喷口运动；同时可燃混合气通过低压电极上的进气孔进入放电空间，被电离形成等离子体燃气并燃烧，喷入冲压发动机燃烧室完成点火。

4.如权利要求3所述的一种微小型智能可调点火系统，其特征在于，所述绝缘介质采用聚四氟乙烯。

5.如权利要求3所述的一种微小型智能可调点火系统，其特征在于，所述高压电极朝向火焰喷口一端设有放电凸台。

6.如权利要求5所述的一种微小型智能可调点火系统，其特征在于，所述高压电极上设有绝缘介质限位台，所述进气孔设置在低压电极中部，所述中部与绝缘介质限位台、放电凸台之间的区域对应。

7.一种微小型智能可调点火系统的调节方法，其特征在于，调节方法步骤如下：

步骤1，根据飞行器的飞行高度、飞行马赫数、攻角和来流总温计算不同飞行条件下冲压发动机的余气系数及贫油、富油工作边界；

步骤2，根据飞行高度、飞行马赫数、攻角、侧滑角、来流总压和来流总温计算冲压发动机入口的空气流量；

步骤3，根据步骤1和步骤2计算的余气系数、空气流量解算冲压发动机油路的燃油流量；

步骤4，根据所述贫油、富油工作边界、空气流量和冲压发动机油路的燃油流量解算等离子体点火器需要的燃油流量，控制器根据等离子体点火器需要的燃油流量控制助推器调节油压大小；

步骤5，根据步骤1计算的贫油、富油工作边界及燃烧室温度，控制器调节等离子体点火器放电频率和电流完成多次点火。

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