CN115823744B - 一种等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置及方法，包括喷注面板、燃烧室和喷管；喷注面板上设有位于中心的点火孔和沿周向均布的多个喷注器，喷注器为同轴三通道结构，外环空气管道上设有同轴双圆柱介质阻挡放电等离子体激励器；燃烧室上有沿圆周方向均布的多个旋转滑动弧激励进气结构和多个掺混空气口。本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置针对不同总温来流工况特性，通过调整喷注器、滑动弧激励进气结构以及掺混空气口进入燃烧室的空气量，同时利用介质阻挡和旋转滑动弧放电等离子体激励器提高燃料雾化以及空气掺混性能，可解决在连续变马赫数的宽温域多工况调节过程中火焰稳定性差、难以实现稳定运行的问题。

Description

一种等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置及方法

技术领域

本发明涉及一种空气加热装置及方法，具体是一种等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置及方法，属于航空航天试验装备技术领域。

背景技术

燃烧型空气加热装置是一种利用燃料、空气和氧气（或液氧）燃烧产生高温高压气流的设备，该装置通过燃烧反应形成的高温高压气流通过装置后端喷管喷出，可用于开展相关试验研究，是目前用来模拟高超声速飞行器高空飞行环境试验研究中应用最广泛的试验设备。

高超声速飞行器通常具有大空域宽速域的飞行特点，为了再现宽速域飞行环境试验状态，试验中的空气加热装置需要为飞行器提供温度、压力和流速能够宽范围调节的模拟来流气体。以高压来流温度为例，当飞行马赫数高于4时，高焓高压来流温度一般在1000K以上，而当飞行马赫数低于4时，空气加热器通常需要提供低于1000K的低总温来流。空气加热装置在模型要求试验状态的总温较高，且燃料和氧化剂的当量比和流速恰当，则燃烧加热器的可实现迅速平稳的点火，保证加热器正常启动工作，但是空气燃烧加热器空气加热总温需求较低时，会导致燃料和氧化剂配比偏差较大（通常是氧化剂含量过多时），若燃料和氧化剂均从加热器喷注器注入，则点火附近区域的燃料和氧化剂的混合当量比偏离恰当当量较大，会发生点火不成功或者点火延迟引起爆轰的现象，点火不成功则导致燃烧加热器无法正常运行工作，点火延迟的爆轰则可能会对设备的结构造成重大的结构破坏；另外，与高温来流相比，低总温来流状态下空气加热器空气流量相对较大，加热器内大量空气存在导致掺混效果较差，点火及火焰稳定性能下降。因此传统的采用喷注盘集中燃烧加热的空气加热装置面临由模拟高总温试验状态向模拟低总温工况变化过程中的点火和火焰稳定的调节难题，如何实现宽温域范围内变温度工况调节过程中的稳定燃烧运行是亟待解决的关键问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置及方法，能够解决现有技术中模拟的来流温度范围窄、宽温域变工况调节困难以及火焰稳定性差的问题。

为实现上述目的，本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置包括自前至后依次同轴连接的喷注盘、燃烧室和喷管；

喷注盘的几何中心位置设有包括点火器的点火孔，点火孔的周围中心对称设有多个喷注器，喷注器是包括内套管的同轴三通道结构，内套管定位架设安装在喷注盘上，喷注器自内至外分别为与燃料供给管路连通的中心燃料通道、与氧气供给管路连通的环形氧气通道和与空气供给管路连通的环形空气通道，环形空气通道的内环壁面上设有裸露的环形电极Ⅰ，环形空气通道的外环壁面上设有包裹有绝缘介质层的环形电极Ⅱ，环形电极Ⅰ、环形电极Ⅱ、绝缘介质层和环形空气通道共同构成同轴双圆柱介质阻挡放电激励器；

燃烧室自前至后依次为混合段、燃烧段和掺混段；混合段前部设有多个沿混合段周向方向均布固定设置的多个滑动弧激励进气机构，滑动弧激励进气机构包括进气管体、密封端盖、绝缘内套、中心锥体电极、气体旋流器和圆管电极，进气管体的底端与混合段连通，密封端盖密闭设置在进气管体的顶端，绝缘内套同轴固定设置在进气管体的内底端，密封端盖和绝缘内套之间的进气管体内腔形成入气通道，进气管体上设有与入气通道贯通的混合空气进口，混合空气进口与空气供给管路连通，气体旋流器设置在入气通道的底端，圆管电极同轴固定设置在绝缘内套内，中心锥体电极的底端是上大下小的锥尖结构、且锥尖结构同轴位于圆管电极内，中心锥体电极与圆管电极构成滑动弧等离子体激励器；掺混段前部设有多个沿掺混段周向方向均布固定设置的多个掺混空气进口，掺混空气进口与空气供给管路连通。

作为本发明的进一步改进方案，中心燃料通道通过燃料供给控制阀组与燃料供给管路连接，环形氧气通道通过氧气供给控制阀组与氧气供给管路连接，环形空气通道通过空气供给控制阀组Ⅰ与空气供给管路连接，混合空气进口通过空气供给控制阀组Ⅱ与空气供给管路连接，掺混空气进口通过掺混控制阀组与空气供给管路连接，燃料供给控制阀组、氧气供给控制阀组、空气供给控制阀组Ⅰ、空气供给控制阀组Ⅱ和掺混控制阀组均至少包括流量控制阀。

作为本发明的进一步改进方案，相对于点火孔中心对称设置的多个喷注器呈多层环形阵列结构。

作为本发明的进一步改进方案，环形电极Ⅰ沿环形空气通道轴向方向的长度尺寸与环形电极Ⅱ沿环形空气通道轴向方向的长度尺寸相同、且均小于环形空气通道沿轴向方向的长度尺寸。

作为本发明的进一步改进方案，混合空气进口沿进气管体的径向方向设置。

作为本发明的进一步改进方案，密封端盖是绝缘材质，且中心锥体电极的顶端向上延伸并伸出至密封端盖外部。

作为本发明的进一步改进方案，环形电极Ⅱ和圆管电极作为高压电极与等离子体电源的高压端电连接，环形电极Ⅰ和中心锥体电极接地。

作为本发明的进一步改进方案，等离子体电源是交流电源或脉冲电源或微波电源。

作为本发明的进一步改进方案，喷管自前至后依次为缩径连接段和扩径喷管段，喷管通过缩径连接段与掺混段同轴连通连接。

一种基于等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的控制方法，具体包括以下步骤：

Step1，根据飞行高度和飞行马赫数确定试验中等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置所需提供的相关来流参数，并基于参数匹配规律计算等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数；

Step2，根据等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数控制燃料、氧气和空气的供给，具体的：

Step2-1，当飞行工况为高马赫数工况时，控制供给燃料经中心燃料通道进入燃烧室、控制供给氧气经环形氧气通道进入燃烧室的同时，控制供给空气使一部分空气经环形空气通道进入燃烧室、另一部分空气经混合空气进口进入燃烧室，点火器点燃后维持稳定燃烧，若出现燃烧不稳定现象，则开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道内和滑动弧激励进气机构内形成等离子体放电；

Step2-2，当飞行工况为低马赫数工况时，控制供给燃料经中心燃料通道进入燃烧室、控制供给氧气经环形氧气通道进入燃烧室的同时，控制供给空气除了经环形空气通道和混合空气进口进入燃烧室之外，控制供给空气使另外一部分空气经掺混空气进口进入燃烧室、并与燃烧段中的高温烟气掺混，同时开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道内和滑动弧激励进气机构内形成等离子体放电；

Step2-3，当模拟高总温试验状态向模拟低总温工况变化时，在Step2-1的基础上强制开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道内和滑动弧激励进气机构内形成等离子体放电，同时逐步打开掺混空气进口使另外一部分空气经掺混空气进口进入燃烧室、并与燃烧段中的高温烟气掺混实现连续变马赫数的宽温域多工况调节；

Step2-4，当模拟低总温试验状态向模拟高总温工况变化时，在Step2-2的基础上逐步关闭掺混空气进口，待高总温工况运行稳定后，根据火焰稳定状况判断是否关闭同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源，实现连续变马赫数的宽温域多工况调节。

与现有技术相比，本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置具有以下有益效果：

1、由于除了在喷注器和滑动弧激励进气机构上设置空气进口外，还在燃烧段和掺混段之间设置了掺混空气口，因此在较高总温条件下运行时，空气只需从喷注器和滑动弧激励进气机构上的空气进口进入燃烧室，直接燃烧生成所需总温的燃气；在较低总温条件下运行时，空气除了从喷注器和滑动弧激励进气机构上的空气进口进入燃烧室外，部分空气还需要从掺混空气口进入并与燃烧段中的高温烟气掺混，通过掺混空气的方式可实现低总温需求；

2、喷注器采用同轴三通道喷嘴结构，燃料从中心管道喷入，氧气和空气分别从外围的两个环缝喷入，同时在空气管道的内外壁设置环形电极构成介质阻挡放电激励器，从而可以使进入燃烧室的空气中富含等离子体，可增加对燃料的雾化效果；

3、在燃烧室的混合段前端上设置沿圆周方向均布的滑动弧激励进气机构，使得从燃烧室壁面进入混合段的旋转空气富含滑动弧放电等离子体，一方面旋转气流增加了进入空气的周向和径向的流动，促进空气与燃气的混合；另一方面旋转气流也增加了空气中等离子体的分布均匀性，提高等离子体激励效果，进一步强化空气与燃气的掺混；

4、通过调整喷注器、滑动弧激励进气机构以及掺混空气口进入燃烧室的空气量，同时辅助喷注器环形空气通道内介质阻挡放电等离子体和滑动弧激励进气机构内的旋转滑动弧放电等离子体，可以实现连续变马赫数的宽温域多工况调节。

附图说明

图1是本发明等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的结构示意图；

图2是本发明滑动弧激励进气机构的结构示意图；

图3是本发明喷注盘的轴向剖面示意图；

图4是图3的左视图；

图5是单个喷注器的轴向剖面示意图；

图6是图5的左视图；

图7是本发明再现宽速域飞行环境试验时模拟高总温试验状态向低总温工况变化的燃烧室压力随时间变化示意图。

图中：1-点火孔，2-喷注器，21-中心燃料通道，22-环形氧气通道，23-环形空气通道，24-环形电极Ⅰ，25-环形电极Ⅱ，26-绝缘介质层，3-喷注盘，4-燃烧室，41-混合段，42-燃烧段，43-掺混段，5-喷管，51-喷管段，6-滑动弧激励进气机构，61-密封端盖，62-进气管体，63-绝缘内套，64-中心锥体电极，65-混合空气进口，66-气体旋流器，67-圆管电极，68-电弧，7-掺混空气进口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明（以下以图1的左侧方向为前方进行描述）。

如图1所示，本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置包括自前至后依次同轴连接的喷注盘3、燃烧室4和喷管5。

如图3、图4所示，喷注盘3的几何中心位置设有包括点火器的点火孔1，点火孔1的周围中心对称设有多个喷注器2，喷注器2是包括内套管的同轴三通道结构，内套管定位架设安装在喷注盘3上，如图5、图6所示，喷注器2自内至外分别为与燃料供给管路连通的中心燃料通道21、与氧气供给管路连通的环形氧气通道22和与空气供给管路连通的环形空气通道23，环形空气通道23的内环壁面上设有裸露的环形电极Ⅰ24，环形空气通道23的外环壁面上设有包裹有绝缘介质层26的环形电极Ⅱ25，环形电极Ⅰ24、环形电极Ⅱ25、绝缘介质层26和环形空气通道23共同构成同轴双圆柱介质阻挡放电激励器，环形电极Ⅱ25作为高压电极与等离子体电源的高压端电连接，环形电极Ⅰ24接地，等离子体电源可以是交流电源或脉冲电源或微波电源，当同轴双圆柱介质阻挡放电激励器工作时会在环形空气通道23内对空气放电产生等离子体。

如图1所示，燃烧室4自前至后依次为混合段41、燃烧段42和掺混段43；混合段41前部设有多个沿混合段41周向方向均布固定设置的多个滑动弧激励进气机构6，如图2所示，滑动弧激励进气机构6包括进气管体62、密封端盖61、绝缘内套63、中心锥体电极64、气体旋流器66和圆管电极67，进气管体62的轴向方向可沿混合段41的径向方向设置、且进气管体62的底端与混合段41连通，密封端盖61密闭设置在进气管体62的顶端，绝缘内套63同轴固定设置在进气管体62的内底端，密封端盖61和绝缘内套63之间的进气管体62内腔形成入气通道，进气管体62上设有与入气通道贯通的混合空气进口65，混合空气进口65与空气供给管路连通，气体旋流器66设置在入气通道的底端，圆管电极67同轴固定设置在绝缘内套63内，中心锥体电极64的底端是上大下小的锥尖结构、且锥尖结构同轴位于圆管电极67内，中心锥体电极64与圆管电极67构成滑动弧等离子体激励器，中心锥体电极64与圆管电极67之间的间隙形成放电区域，圆管电极67作为高压电极与等离子体电源的高压端连接，中心锥体电极64接地，滑动弧激励进气机构6工作时产生电弧68，在旋转气流吹动下形成旋转滑动弧等离子体；掺混段43前部设有多个沿掺混段43周向方向均布固定设置的多个掺混空气进口7，掺混空气进口7的轴向方向可沿掺混段43的径向方向设置，掺混空气进口7与空气供给管路连通。

喷管5自前至后依次为缩径连接段和扩径喷管段51，喷管5通过缩径连接段与掺混段43同轴连通连接。

利用本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置再现宽速域飞行环境试验时，具体包括以下步骤：

Step1，根据飞行高度和飞行马赫数确定试验中本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置所需提供的相关来流参数，并基于参数匹配规律计算本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数，包括燃料、氧气和空气的流量和压力，以及燃烧室压力等；

Step2，根据本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数控制燃料、氧气和空气的供给，具体的：

Step2-1，当飞行工况为高马赫数工况时，空气加热装置出口总压、总温相对较高，此时空气流量相对较小，控制供给燃料经中心燃料通道21进入燃烧室4、控制供给氧气经环形氧气通道22进入燃烧室4的同时，控制供给空气使一部分空气经环形空气通道23进入燃烧室4、另一部分空气经混合空气进口65进入燃烧室4，伸入燃烧室4内的点火器点燃后维持稳定燃烧，若出现燃烧不稳定现象，则开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源，在环形空气通道23内和滑动弧激励进气机构6内形成等离子体放电，强化燃料的雾化和混合效果，提升燃烧稳定性；

Step2-2，当飞行工况为低马赫数工况时，空气加热装置出口总压、总温相对较低，此时空气流量相对较大，控制供给燃料经中心燃料通道21进入燃烧室4、控制供给氧气经环形氧气通道22进入燃烧室4的同时，控制供给空气除了经环形空气通道23和混合空气进口65进入燃烧室4之外，控制供给空气使另外一部分空气经掺混空气进口7进入燃烧室4、并与燃烧段42中的高温烟气掺混，通过掺混空气的方式实现低总温需求；同时，开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源，在环形空气通道23内和滑动弧激励进气机构6内形成等离子体放电，促进喷注器燃料的雾化和混合效果，提升燃烧稳定性；

Step2-3，当模拟高总温试验状态向模拟低总温工况变化时，在Step2-1的基础上，强制开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道23内和滑动弧激励进气机构6内形成等离子体放电，同时逐步打开掺混空气进口7、使另外一部分空气经掺混空气进口7进入燃烧室4、并与燃烧段42中的高温烟气掺混，通过掺混空气的方式实现低总温来流试验状态，实现连续变马赫数的宽温域多工况调节；

Step2-4，当模拟低总温试验状态向模拟高总温工况变化时，在Step2-2的基础上逐步关闭掺混空气进口7，待高总温工况运行稳定后，可根据火焰稳定状况判断是否关闭同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源，实现连续变马赫数的宽温域多工况调节。

以模拟高总温试验状态向低总温工况变化为例，根据来流参数（高总温状态燃烧室压力为3.6Mpa，低总温状态燃烧室压力为0.8Mpa）设计试验，确定本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数后进行试验，试验过程中燃烧室压力随时间变化分布如图7所示，从燃烧室压力的变化来看，30s时刻点火启动，随后进入高总温状态下的稳定燃烧，30s至90s高总温状态下燃烧室内压力参数3.6Mpa基本保持恒定，说明燃烧室内部未发生不稳定燃烧现象；随后开始变工况调节，约在92s时刻燃烧室压力骤降至低总温工况，92s至142s低总温状态下燃烧室内压力参数0.8Mpa也基本恒定，表明本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置可以顺利实现高总温状态向低总温工况的调节，同时可以维持燃烧室内良好的燃烧稳定性。

为了实现准确控制燃料、氧气和空气的流量和压力，进而实现准确控制燃料和氧化剂的配比，作为本发明的进一步改进方案，中心燃料通道21通过燃料供给控制阀组与燃料供给管路连接，环形氧气通道22通过氧气供给控制阀组与氧气供给管路连接，环形空气通道23通过空气供给控制阀组Ⅰ与空气供给管路连接，混合空气进口65通过空气供给控制阀组Ⅱ与空气供给管路连接，掺混空气进口7通过掺混控制阀组与空气供给管路连接，燃料供给控制阀组、氧气供给控制阀组、空气供给控制阀组Ⅰ、空气供给控制阀组Ⅱ和掺混控制阀组均至少包括流量控制阀。

为了实现更均匀的喷注效果，作为本发明的进一步改进方案，如图4所示，相对于点火孔1中心对称设置的多个喷注器2呈多层环形阵列结构。

为了实现更好的介质阻挡放电激励效果，作为本发明的进一步改进方案，如图5所示，环形电极Ⅰ24沿环形空气通道23轴向方向的长度尺寸与环形电极Ⅱ25沿环形空气通道23轴向方向的长度尺寸相同、且均小于环形空气通道23沿轴向方向的长度尺寸。

为便于加工制作，作为本发明的进一步改进方案，如图2所示，混合空气进口65沿进气管体62的径向方向设置。

为便于加工制作和连接线路，作为本发明的进一步改进方案，如图2所示，密封端盖61是绝缘材质，且中心锥体电极64的顶端向上延伸并伸出至密封端盖61外部。

本等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置针对不同总温来流工况特性，通过调整喷注器、滑动弧激励进气结构以及掺混空气口进入燃烧室的空气量，同时利用介质阻挡和旋转滑动弧放电等离子体激励器提高燃料雾化以及空气掺混性能，可解决现有空气加热装置存在连续变马赫数的宽温域多工况调节过程中火焰稳定性差、难以实现稳定运行的问题。

Claims (10)

1.一种等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，包括自前至后依次同轴连接的喷注盘（3）、燃烧室（4）和喷管（5）；其特征在于，喷注盘（3）的几何中心位置设有包括点火器的点火孔（1），点火孔（1）的周围中心对称设有多个喷注器（2），喷注器（2）是包括内套管的同轴三通道结构，内套管定位架设安装在喷注盘（3）上，喷注器（2）自内至外分别为与燃料供给管路连通的中心燃料通道（21）、与氧气供给管路连通的环形氧气通道（22）和与空气供给管路连通的环形空气通道（23），环形空气通道（23）的内环壁面上设有裸露的环形电极Ⅰ（24），环形空气通道（23）的外环壁面上设有包裹有绝缘介质层（26）的环形电极Ⅱ（25），环形电极Ⅰ（24）、环形电极Ⅱ（25）、绝缘介质层（26）和环形空气通道（23）共同构成同轴双圆柱介质阻挡放电激励器；

燃烧室（4）自前至后依次为混合段（41）、燃烧段（42）和掺混段（43）；混合段（41）前部设有多个沿混合段（41）周向方向均布固定设置的多个滑动弧激励进气机构（6），滑动弧激励进气机构（6）包括进气管体（62）、密封端盖（61）、绝缘内套（63）、中心锥体电极（64）、气体旋流器（66）和圆管电极（67），进气管体（62）的底端与混合段（41）连通，密封端盖（61）密闭设置在进气管体（62）的顶端，绝缘内套（63）同轴固定设置在进气管体（62）的内底端，密封端盖（61）和绝缘内套（63）之间的进气管体（62）内腔形成入气通道，进气管体（62）上设有与入气通道贯通的混合空气进口（65），混合空气进口（65）与空气供给管路连通，气体旋流器（66）设置在入气通道的底端，圆管电极（67）同轴固定设置在绝缘内套（63）内，中心锥体电极（64）的底端是上大下小的锥尖结构、且锥尖结构同轴位于圆管电极（67）内，中心锥体电极（64）与圆管电极（67）构成滑动弧等离子体激励器；掺混段（43）前部设有多个沿掺混段（43）周向方向均布固定设置的多个掺混空气进口（7），掺混空气进口（7）与空气供给管路连通。

2.根据权利要求1所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，中心燃料通道（21）通过燃料供给控制阀组与燃料供给管路连接，环形氧气通道（22）通过氧气供给控制阀组与氧气供给管路连接，环形空气通道（23）通过空气供给控制阀组Ⅰ与空气供给管路连接，混合空气进口（65）通过空气供给控制阀组Ⅱ与空气供给管路连接，掺混空气进口（7）通过掺混控制阀组与空气供给管路连接，燃料供给控制阀组、氧气供给控制阀组、空气供给控制阀组Ⅰ、空气供给控制阀组Ⅱ和掺混控制阀组均至少包括流量控制阀。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，相对于点火孔（1）中心对称设置的多个喷注器（2）呈多层环形阵列结构。

4.根据权利要求1或2所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，环形电极Ⅰ（24）沿环形空气通道（23）轴向方向的长度尺寸与环形电极Ⅱ（25）沿环形空气通道（23）轴向方向的长度尺寸相同、且均小于环形空气通道（23）沿轴向方向的长度尺寸。

5.根据权利要求1或2所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，混合空气进口（65）沿进气管体（62）的径向方向设置。

6.根据权利要求1或2所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，密封端盖（61）是绝缘材质，且中心锥体电极（64）的顶端向上延伸并伸出至密封端盖（61）外部。

7.根据权利要求1或2所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，环形电极Ⅱ（25）和圆管电极（67）作为高压电极与等离子体电源的高压端电连接，环形电极Ⅰ（24）和中心锥体电极（64）接地。

8.根据权利要求7所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，等离子体电源是交流电源或脉冲电源或微波电源。

9.根据权利要求1或2所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置，其特征在于，喷管（5）自前至后依次为缩径连接段和扩径喷管段（51），喷管（5）通过缩径连接段与掺混段（43）同轴连通连接。

10.一种基于如权利要求1所述的等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

Step1，根据飞行高度和飞行马赫数确定试验中等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置所需提供的相关来流参数，并基于参数匹配规律计算等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数；

Step2，根据等离子体激励的宽温域燃烧型空气加热装置的运行工况参数控制燃料、氧气和空气的供给，具体的：

Step2-1，当飞行工况为高马赫数工况时，控制供给燃料经中心燃料通道（21）进入燃烧室（4）、控制供给氧气经环形氧气通道（22）进入燃烧室（4）的同时，控制供给空气使一部分空气经环形空气通道（23）进入燃烧室（4）、另一部分空气经混合空气进口（65）进入燃烧室（4），点火器点燃后维持稳定燃烧，若出现燃烧不稳定现象，则开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道（23）内和滑动弧激励进气机构（6）内形成等离子体放电；

Step2-2，当飞行工况为低马赫数工况时，控制供给燃料经中心燃料通道（21）进入燃烧室（4）、控制供给氧气经环形氧气通道（22）进入燃烧室（4）的同时，控制供给空气除了经环形空气通道（23）和混合空气进口（65）进入燃烧室（4）之外，控制供给空气使另外一部分空气经掺混空气进口（7）进入燃烧室（4）、并与燃烧段（42）中的高温烟气掺混，同时开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道（23）内和滑动弧激励进气机构（6）内形成等离子体放电；

Step2-3，当模拟高总温试验状态向模拟低总温工况变化时，在Step2-1的基础上强制开启同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源、在环形空气通道（23）内和滑动弧激励进气机构（6）内形成等离子体放电，同时逐步打开掺混空气进口（7）使另外一部分空气经掺混空气进口（7）进入燃烧室（4）、并与燃烧段（42）中的高温烟气掺混实现连续变马赫数的宽温域多工况调节；

Step2-4，当模拟低总温试验状态向模拟高总温工况变化时，在Step2-2的基础上逐步关闭掺混空气进口（7），待高总温工况运行稳定后，根据火焰稳定状况判断是否关闭同轴双圆柱介质阻挡放电激励器和滑动弧等离子体激励器的电源，实现连续变马赫数的宽温域多工况调节。

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