CN112816218B - 一种富燃燃气发生控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种富燃燃气发生控制系统及控制方法，该控制系统包括燃料储罐、燃料导管、燃气发生段与燃料喷注段；燃气发生段上设有燃气发生组件，以产生高温燃气；燃料喷注段上具有喷注结构，以将燃料喷注至燃料喷注段形成富燃燃气；燃料导管上设有控制组件，以控制燃料喷注量。首先通过燃气发生组件产生高温燃气，随后通过喷注结构将燃料喷注至高温燃气中，产生高温富燃燃气，进而能够更加全部的进行反应混合层的可视化实验，由于高温燃气中喷入适量燃料，会导致燃气不充分的燃烧反应进而产生微米乃至纳米级别碳颗粒，流场中存在的微小碳颗粒可以作为可视化精密测量手段的示踪粒子，解决高温燃气不好布撒示踪粒子导致的反应混合层测量难题。

Description

一种富燃燃气发生控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，具体是一种富燃燃气发生控制系统及控制方法。

背景技术

目前RBCC(Rocket-Based Combined Cycle,火箭基组合循环推进系统)发动机测试过程中往往会涉及到使用高温富燃燃气，即RBCC发动机中火箭燃油多于恰当当量比，其组织燃烧后导致火箭出口处产生高温富燃燃气，因此针对由于火箭燃气富燃导致的反应混合层的研究显得很有必要。而目前国内外对RBCC发动机混合层的可视化实验基本都采用同温混合层，而缺少了对反应混合层的研究，缺少反应混合层的相关光学实验研究。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种富燃燃气发生控制系统及控制方法，能够产生稳定混合比的高温富燃燃气，进而能够更加全部的进行RBCC发动机混合层的可视化实验。

为实现上述目的，本发明提供一种富燃燃气发生控制系统，包括燃料储罐、燃料导管与相互连接的燃气发生段与燃料喷注段，所述燃气发生段与燃料喷注段内设有相互连通的燃气通道；

所述燃气发生段上设有燃气发生组件，以用于产生高温燃气并将其导入燃料喷注段；

所述燃料喷注段上具有喷注结构，所述喷注结构通过燃料导管与燃料储罐相连，以用于将燃料储罐中的燃料喷注至燃料喷注段，并与高温燃气混合形成富燃燃气；

所述燃料导管上设有控制组件，以用于控制燃料喷注段上的燃料喷注量。

在其中一个实施例中，所述喷注结构包括喷注壳体与喷注件；

所述喷注壳体套设在燃料喷注段上，所述喷注壳体的内壁与燃料喷注段的外壁之间围成集料腔，所述燃料导管的端部位于集料腔中；

所述喷注件设在燃料喷注段上，所述喷注件的入口端与集料腔相通，所述喷注件的入口端与燃气通道相通。

在其中一个实施例中，所述喷注结构包括喷注件以及设在燃料喷注段壁内的集料腔，所述燃料导管的端部位于集料腔中；

所述喷注件设在燃料喷注段上，所述喷注件的入口端与集料腔相通，所述喷注件的入口端与燃气通道相通。

在其中一个实施例中，所述喷注件为设在燃料喷注段上的环缝。

在其中一个实施例中，所述喷注件为若干沿周向间隔设在燃料喷注段上的喷嘴。

在其中一个实施例中，所述控制组件包括：

流量计，设在燃料导管上，以用于测得燃料导管中燃料的流量；

控制阀，设在燃料导管上，以用于控制燃料导管的导通率；

PID控制器，与流量计、控制阀电联，以用于根据富燃燃气所需混合比结合燃料导管中燃料的流量实时控制燃料导管的导通率。

在其中一个实施例中，所述燃气发生组件为涡喷发动机。

在其中一个实施例中，所述燃料储罐中存储的燃料包括但不限于煤油或乙烯或氢气或酒精。

为实现上述目的，本发明还提供一种富燃燃气发生控制方法，采用上述富燃燃气发生控制系统，其具体包括如下步骤：

步骤1，获取富燃燃气所需的混合比，并基于该混合比得到燃料的实际所需流量；

步骤2，获取燃料导管内燃料的实时流量；

步骤3，比对燃料的实际所需流量与实时流量，若实际所需流量大于实时流量，则扩大燃料导管的导通率，反之则减小燃料导管的导通率。

本发明提供的一种富燃燃气发生控制系统及控制方法，其首先通过燃气发生组件产生高温燃气，随后通过喷注结构将燃料喷注至高温燃气中，产生高温富燃燃气，进而能够更加全部的进行RBCC发动机混合层的可视化实验，同时由于燃料的喷注量可控，由于高温燃气中喷入适量燃料，会导致燃气不充分的燃烧反应进而产生微米乃至纳米级别碳颗粒，流场中存在的微小碳颗粒可以作为可视化精密测量手段的示踪粒子，解决高温燃气不好布撒示踪粒子导致的反应混合层测量难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中富燃燃气发生控制系统剖视图；

图2为本发明实施例中喷注结构的结构示意图。

附图标号：燃料储罐1、燃料导管2、流量计21、控制阀22、PID控制器23、燃气发生段3、燃气发生组件31、隔板相连32、燃料喷注段4、集料腔41、喷嘴42、试验段5。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-2所示为本实施例所公开的一种富燃燃气发生控制系统，其具体包括燃料储罐1、燃料导管2、燃气发生段3与燃料喷注段4，其中，燃料储罐1中存储有燃料，燃气发生段3与燃料喷注段4内设有相互连通的燃气通道，且燃料喷注段4的一端与燃气发生段3相连，另一端与可进行混合层的可视化实验的实验段5相连。其首先通过在燃气发生段3中产生高温燃气，随后通过在燃料喷注段4上将燃料喷注至高温燃气中，产生高温富燃燃气，进而能够更加全部的进行RBCC发动机混合层的可视化实验，同时由于燃料的喷注量可控，由于高温燃气中喷入适量燃料，会导致燃气不充分的燃烧反应进而产生微米乃至纳米级别碳颗粒，流场中存在的微小碳颗粒可以作为可视化精密测量手段的示踪粒子，解决高温燃气不好布撒示踪粒子导致的反应混合层测量难题，图1中的空心箭头即表示高温燃气，实心箭头即表示富燃燃气。

本实施例中，燃气发生段3与燃料喷注段4既可以是通过法兰固定相连的两个方形管或圆形管，也可以一体成型的一个方形管或圆形管，其前端部分为燃气发生段3，后端部分为燃料喷注段4。

燃气发生段3上设有燃气发生组件31，以用于产生高温燃气并将其导入燃料喷注段4。具体的，燃气发生组件31设在燃气发生段3上入口的位置，且燃气发生组件31的燃气出口端位于燃气发生段3内，优选地，燃气发生组件31的侧部与燃气发生段3的内壁通过环形隔板相连32，且环形隔板与燃气发生组件31、燃气发生段3的连接缝隙处均设有o型圈密封，以防止外部气流进入燃气发生段3。其中，燃气发生组件31优选为小型的涡喷发动机，涡喷发动机能够总温1000k的高温燃气(0.3～0.5kg/s)。

燃料喷注段4上具有喷注结构，喷注结构通过燃料导管2与燃料储罐1相连，以用于将燃料储罐1中的燃料喷注至燃料喷注段4，并与高温燃气混合形成富燃燃气。本实施例中喷注结构具体四种实施结构，具体如下：

喷注结构的第一实施结构为：喷注结构包括喷注壳体与喷注件。具体地，喷注壳体套设在燃料喷注段4上，喷注壳体的内壁与燃料喷注段4的外壁之间围成集料腔41，燃料导管2的端部位于集料腔41中；喷注件设在燃料喷注段4上，喷注件的入口端与集料腔41相通，喷注件的入口端与燃气通道相通，进一步具体地，喷注件为若干沿周向均匀间隔设在燃料喷注段4上的喷嘴42。其中，燃料导管2与喷注壳体的连接缝隙处、喷嘴42与燃料喷注段4的连接缝隙处均设有o型圈，以实现密封。

喷注结构的第二实施结构为：喷注结构包括喷注壳体与喷注件。具体地，喷注壳体套设在燃料喷注段4上，喷注壳体的内壁与燃料喷注段4的外壁之间围成集料腔41，燃料导管2的端部位于集料腔41中；喷注件设在燃料喷注段4上，喷注件的入口端与集料腔41相通，喷注件的入口端与燃气通道相通，进一步具体地，喷注件为设在燃料喷注段4上的环缝。其中，燃料导管2与喷注壳体的连接缝隙处设有o型圈，以实现密封。

喷注结构的第三实施结构为：喷注结构包括喷注件以及设在燃料喷注段4壁内的集料腔41，燃料导管2的端部位于集料腔41中；喷注件设在燃料喷注段4上，喷注件的入口端与集料腔41相通，喷注件的入口端与燃气通道相通。进一步具体地，喷注件为若干沿周向均匀间隔设在燃料喷注段4上的喷嘴42。其中，燃料导管2与喷注壳体的连接缝隙处、喷嘴42与燃料喷注段4的连接缝隙处均设有o型圈，以实现密封，即图2所示的结构。

喷注结构的第四实施结构为：喷注结构包括喷注件以及设在燃料喷注段4壁内的集料腔41，燃料导管2的端部位于集料腔41中；喷注件设在燃料喷注段4上，喷注件的入口端与集料腔41相通，喷注件的入口端与燃气通道相通。进一步具体地，喷注件为设在燃料喷注段4上的环缝。其中，燃料导管2与喷注壳体的连接缝隙处设有o型圈，以实现密封。

燃料导管2上设有控制组件，以用于控制燃料喷注段4上的燃料喷注量。具体地，控制组件包括流量计21、控制阀22与PID控制器23；流量计21设在燃料导管2上，以用于测得燃料导管2中燃料的流量；控制阀22设在燃料导管2上，以用于控制燃料导管2的导通率；PID控制器23，与流量计21、控制阀22电联，进而根据富燃燃气所需混合比结合燃料导管2中燃料的流量实时控制燃料导管2的导通率。PID控制器23的具体控制过程为：

步骤1，获取富燃燃气所需的混合比，并基于该混合比得到燃料的实际所需流量；

步骤2，获取燃料导管2内燃料的实时流量；

步骤3，比对燃料的实际所需流量与实时流量，若实际所需流量大于实时流量，则扩大燃料导管2的导通率，反之则减小燃料导管2的导通率。

在RBCC发动机混合层的可视化实验过程中需要保证富燃燃气稳定的混合比或者混合比按某种趋势变化，这就要求燃料流量的自动调节。本实施例中通过采用流量计21和控制阀22的PID调节控制，通过输入目标混合比随对应的流量值或流量值变化趋势，利用流量计21监控流量，当流量值产生偏差，则通过PID控制器23上的执行器(电动/气动)改变控制阀22的阀门开度，即改变燃料导管2的导通率，从而实现流量的自动调节控制，保证产生符合实验要求合适混合比的高温富燃燃气。其中，PID控制器23的具体实施结构与实施电路均为所属领域的常规技术手段，因此本实施例中不再赘述。

需要注意是的，燃料储罐1中存储的燃料既可以是乙烯、氢气等气体可燃物，也可以是煤油、酒精等液体可燃物。

需要注意是的，虽然本实施例中图示的为圆形管结构的燃料喷注段4，但也可以采用矩形管结构的管路，环向布置的喷嘴42也可以是沿管壁轴向均匀布置的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种富燃燃气发生控制系统，其特征在于，包括燃料储罐、燃料导管与相互连接的燃气发生段与燃料喷注段，所述燃气发生段与燃料喷注段内设有相互连通的燃气通道；

所述燃气发生段上设有燃气发生组件，以用于产生高温燃气并将其导入燃料喷注段；

所述燃料喷注段上具有喷注结构，所述喷注结构通过燃料导管与燃料储罐相连，以用于将燃料储罐中的燃料喷注至燃料喷注段，并与高温燃气混合形成富燃燃气；

所述燃料导管上设有控制组件，以用于控制燃料喷注段上的燃料喷注量；

所述控制组件包括：

流量计，设在燃料导管上，以用于测得燃料导管中燃料的流量；

控制阀，设在燃料导管上，以用于控制燃料导管的导通率；

PID控制器，与流量计、控制阀电联，以用于根据富燃燃气所需混合比结合燃料导管中燃料的流量实时控制燃料导管的导通率。

2.根据权利要求1所述富燃燃气发生控制系统，其特征在于，所述喷注结构包括喷注壳体与喷注件；

所述喷注壳体套设在燃料喷注段上，所述喷注壳体的内壁与燃料喷注段的外壁之间围成集料腔，所述燃料导管的端部位于集料腔中；

所述喷注件设在燃料喷注段上，所述喷注件的入口端与集料腔相通。

3.根据权利要求1所述富燃燃气发生控制系统，其特征在于，所述喷注结构包括喷注件以及设在燃料喷注段壁内的集料腔，所述燃料导管的端部位于集料腔中；

所述喷注件设在燃料喷注段上，所述喷注件的入口端与集料腔相通。

4.根据权利要求2或3所述富燃燃气发生控制系统，其特征在于，所述喷注件为设在燃料喷注段上的环缝。

5.根据权利要求2或3所述富燃燃气发生控制系统，其特征在于，所述喷注件为若干沿周向间隔设在燃料喷注段上的喷嘴。

6.根据权利要求1或2或3所述富燃燃气发生控制系统，其特征在于，所述燃气发生组件为涡喷发动机。

7.根据权利要求1或2或3所述富燃燃气发生控制系统，其特征在于，所述燃料储罐中存储的燃料包括煤油或乙烯或氢气或酒精。

8.一种富燃燃气发生控制方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述富燃燃气发生控制系统，其具体包括如下步骤：

步骤1，获取富燃燃气所需的混合比，并基于该混合比得到燃料的实际所需流量；

步骤2，获取燃料导管内燃料的实时流量；

步骤3，比对燃料的实际所需流量与实时流量，若实际所需流量大于实时流量，则扩大燃料导管的导通率，反之则减小燃料导管的导通率。

Images