CN116293803A - 一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，包括：中空的筒状主体，可调整喷射角度的喷注模块，用于控制所述喷注模块的控制单元；所述中空的筒状主体包括：突扩型燃烧室，位于所述突扩型燃烧室上游的进口部和位于所述突扩型燃烧室下游的出口部；所述喷注模块在所述进口部的一侧设置，且所述喷注模块上的喷射通道与所述进口部相连通；所述控制单元分别与所述筒状主体和所述喷注模块相连接，其中，所述控制单元采集所述筒状主体内的燃烧环境参数和采集所述喷注模块的燃料流量，并基于初始燃烧效率、所述燃烧环境参数和所述燃料流量调整所述喷注模块的燃料喷注角度。

Description

一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案
技术领域
本发明涉及超燃冲压发动机领域，尤其涉及一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案。
背景技术
在超燃冲压发动机中，燃料喷注角度的不同影响着预燃激波串的位置和燃料的穿透深度，对发动机的燃烧效率有着重要影响。改变角度可以实现不同的燃料穿透深度，以及不同的燃料与高速空气来流的混合效率，从而可调节燃烧区的位置，从而适应超燃冲压发动机中不同工况的实际工作需求。当发动机当量比较小时，燃料喷注角度与高速来流夹角可以大于或等于90度，从而使燃烧区位置靠前，有利于提高燃烧效率；而当发动机当量比较大时，燃料喷注角度与高速来流夹角可以小于90度，从而使燃烧区位置靠后，从而使发动机可以在更高的当量比下工作。在现有方案中，喷注方法往往都是固定的角度的喷注，这种喷注方案灵活性低，无法实现对发动机内各项燃烧参数的有效控制，不能根据发动机内运行工况的不同做出最有效的反应，同时也不利于对超燃冲压发动机内的各项实验研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案。
为实现上述发明目的，本发明提供一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，包括：中空的筒状主体，可调整喷射角度的喷注模块，用于控制所述喷注模块的控制单元；
所述中空的筒状主体包括：突扩型燃烧室，位于所述突扩型燃烧室上游的进口部和位于所述突扩型燃烧室下游的出口部；
所述喷注模块在所述进口部的一侧设置，且所述喷注模块(2)上的喷射通道与所述进口部相连通；
所述控制单元分别与所述筒状主体和所述喷注模块相连接，其中，所述控制单元采集所述筒状主体内的燃烧环境参数和采集所述喷注模块的燃料流量，并基于初始燃烧效率、所述燃烧环境参数和所述燃料流量调整所述喷注模块的燃料喷注角度。
根据本发明的一个方面，所述喷注模块包括：驱动装置，喷射结构件；
所述喷射结构件与所述驱动装置相连接，且所述驱动装置用于驱动所述喷射结构件转动；
所述喷射结构件为柱状结构，且其侧面至少部分为连续的圆柱面；
沿所述喷射结构件的径向，所述喷射通道贯穿所述喷射结构件设置，且所述喷射通道一端在所述圆柱面上具有开口。
根据本发明的一个方面，沿所述喷射结构件的轴向，所述喷射通道规则排列有多个。
根据本发明的一个方面，所述喷射结构件包括：多个同轴设置的喷注子模块，且多个所述喷注子模块可相互独立的转动；
所述喷注子模块为柱状结构，且其侧面至少部分为连续的圆柱面；
沿所述喷注子模块的径向，在每个所述喷注子模块上均设置有均贯穿所述喷注子模块的喷射通道，且所述喷射通道一端在所述圆柱面上具有开口；
所述驱动装置包括：多个驱动模块；
所述驱动模块与所述喷注子模块一一对应的设置，用于分别控制所述喷注子模块的独立转动。
根据本发明的一个方面，沿所述喷注子模块的周向，在所述喷注子模块的圆柱面上，所述喷射通道的开口间隔的设置有多个。
根据本发明的一个方面，多个所述喷注子模块分为主喷注子模块和副喷注子模块；其中，所述主喷注子模块至少设置有一个，其余为副喷注子模块；
沿所述喷射结构件的轴向，所述主喷注子模块处于中间位置设置，所述副喷注子模块在所述主喷注子模块的轴向两侧分别设置。
根据本发明的一个方面，所述进口部设置所述喷注模块的位置设置有安装开口，且在所述安装开口相对的两端分别设置有支承件；
所述喷射结构件与所述支承件转动连接；
所述喷射结构件的所述圆柱面与所述安装开口的边缘滑动接触，且所述安装开口的开口面积小于所述圆柱面的面积。
根据本发明的一个方面，沿所述进口部的轴向，所述喷注模块并排的设置有多个；
沿所述喷射结构件的轴向，处于所述喷射结构件中间位置的所述喷射通道在所述圆柱面上的开口要大于其他位置的所述喷射通道在所述圆柱面上的开口。
根据本发明的一个方面，所述控制单元包括：处理单元，电机控制模块、壁面测压管、风速管和燃料流量计；
所述处理单元分别与所述电机控制模块、壁面测压管、风速管和燃料流量计相连接；
所述电机控制模块与所述驱动装置相连接；
所述处理单元基于所述壁面测压管和风速管获取所述筒状主体内的燃烧环境参数，基于所述燃料流量计获取所述喷注模块的燃料流量；
所述处理单元基于所述燃烧环境参数和所述燃料流量获取实际输出燃烧效率，并通过实际输出燃烧效率和初始燃烧效率的比对结果向所述电机控制模块下发转动控制信号，所述驱动装置基于所述转动控制信号控制所述喷射结构件转动。
根据本发明的一个方面，所述处理单元采用比例调节、积分调节、微分调节中的至少一种方式获取所述实际输出燃烧效率和所述初始燃烧效率的比对结果。
根据本发明的一种方案，使用了以一种可调角度的喷注方案，通过控制喷注的喷注角度，可以控制燃烧区的位置，并且可以通过改变角度实现不同的燃料穿透深度，同时喷射角度的不同也影响预燃激波串的位置。
根据本发明的一种方案，通过上述设置的喷注模块的结构简单且稳定性高，通过喷射结构件与高速来流夹角设置的方式，只需要驱动喷射结构件的相对角度即可方便快捷且稳定的连续改变喷射流的输入方向，这样对达到本发明的稳定和准确控制效果有利。此外，本发明的喷注模块的结构简单，制造成本低，可维护性高，尤其是在应用在超燃冲压发动机中时，其更加有利于提高整个超燃冲压发动机系统稳定性和使用寿命。
根据本发明的一种方案，在本方案中通过喷射结构件与安装开口的滑动配合安装，不仅满足了喷射结构件与进口部的连通需要，而且可通过喷射结构件对安装开口进行封闭，不需要安装额外的封闭结构，简化了安装结构，同时通过喷射结构件作为封闭件还可提高安装位置封闭的稳定性，极大的提高了本发明在工作过程中的稳定性。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的燃烧室的立体图；
图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的燃烧室的结构图；
图3是示意性表示根据本发明的一种实施方式的燃烧室的侧视图；
图4是示意性表示根据本发明的一种实施方式的喷射结构件的结构图；
图5是示意性表示根据本发明的一种实施方式的喷射通道的结构图；
图6是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的喷射通道的结构图；
图7是示意性表示根据本发明的一种实施方式的中空的筒状主体的结构图；
图8是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的燃烧室的立体图；
图9是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的燃烧室的侧视图；
图10是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的喷射结构件中喷注子模块的结构图；
图11为图12的侧视图；
图12是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的喷注子模块的喷射通道的结构图；
图13是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的喷注子模块的喷射通道的结构图；
图14是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的燃烧室的结构图；
图15是示意性表示根据本发明的另一种实施方式的喷射结构件中喷射通道的设置图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
结合图1、图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，即一种用于超燃冲压发动机的燃烧室，包括：中空的筒状主体1，可调整喷射角度的喷注模块2和用于控制喷注模块2的控制单元3。在本实施方式中，本发明的中空的筒状主体1整体呈沿轴向延伸的筒状体，其包括：突扩型燃烧室11，位于突扩型燃烧室11上游的进口部12和位于突扩型燃烧室11下游的出口部13。在本实施方式中，喷注模块2在进口部12的一侧设置，且喷注模块2上的喷射通道2a与进口部12相连通。在本实施方式中，控制单元3分别与筒状主体1和喷注模块2相连接，其中，控制单元3采集筒状主体1内的燃烧环境参数和采集喷注模块2的燃料流量，并基于初始燃烧效率、燃烧环境参数和燃料流量调整喷注模块2的燃料喷注角度。
结合图1、图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，喷注模块2在进口部12的一侧可转动的调整喷射通道2a的喷射角度，且喷注模块2的转轴方向与进口部12的轴向相垂直。通过上述设置，可实现高速来流方向与喷射方向之间具有夹角的设置，实现了高速来流与喷射流之间的充分混合，从而对保证本发明的高燃烧效率有利。
结合图1、图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，喷注模块2包括：驱动装置21，喷射结构件22。在本实施方式中，喷射结构件22与驱动装置21相连接，其驱动装置21用于驱动喷射结构件22转动；在本实施方式中，喷射结构件22为柱状结构，且其侧面至少部分为连续的圆柱面；沿喷射结构件22的径向，喷射通道2a贯穿喷射结构件22设置，且喷射通道2a一端在圆柱面上具有开口。在本实施方式中，驱动装置21可采用步进电机。
结合图1、图2、图3、图4所示，根据本发明的一种实施方式，在喷射结构件22上，喷射通道2a规则排列有多个。
根据本发明，通过上述设置的喷注模块的结构简单且稳定性高，通过喷射结构件与高速来流夹角设置的方式，只需要驱动喷射结构件的相对角度即可方便快捷且稳定的连续改变喷射流的输入方向，这样对达到本发明的稳定和准确控制效果有利。此外，本发明的喷注模块的结构简单，制造成本低，可维护性高，尤其是在应用在超燃冲压发动机中时，其更加有利于提高整个超燃冲压发动机系统稳定性和使用寿命。
根据本发明的一种实施方式，喷射通道2a在圆柱面上的开口呈长度大于宽度的规则形状。例如，喷射通道2a在圆柱面上的开口可设置为矩形、长圆孔形、椭圆形等。其中，长度方向为水平的或者竖直的。
如图5所示，根据本发明的一种实施方式，喷射通道2a包括：相互连通的第一通道部分2a1和第二通道部分2a2。在本实施方式中，第一通道部分2a1为锥形通道，其开口大的一端在圆柱面上形成开口，其开口小的一端与第二通道部分2a2相连接。在本实施方式中，第一通道部分2a1的锥形通道的截面形状可根据需要进行设置，例如，圆形、矩形、椭圆形、长圆孔形等。
如图6所示，根据本发明的另一种实施方式，喷射通道2a在圆柱面上开口的一端设置有可更换的喷嘴结构2a11。在本实施方式中，喷嘴结构2a11嵌入在喷射通道2a内设置，且其与圆柱面相邻的一侧与圆柱面相齐平的设置。在本实施方式中，喷嘴结构2a11中的通道截面为圆形、矩形、椭圆形、长圆孔形等形状，此外，喷嘴结构2a11中的通道还可设置为锥形通道。
通过上述设置，可根据实际工况选择合适的喷嘴结构2a11进行喷射作业，极大的提高了本发明的使用灵活性。同时，通过设置可更换的喷嘴结构2a11对进一步提高本发明的使用寿命有利。
如图7所示，根据本发明的一种实施方式，进口部12设置喷注模块2的位置设置有安装开口121，且在安装开口121相对的两端分别设置有支承件122。在本实施方式中，支承件122为板状体结构。其中，驱动装置21与其中一个支承件122固定连接，喷射结构件22远离驱动装置21的一端与另一个支承件122转动连接。在本实施方式中，喷射结构件22的圆柱面与安装开口121的边缘滑动接触，且安装开口121的开口面积小于圆柱面的面积。
通过上述设置，在本方案中通过喷射结构件22与安装开口121的滑动配合安装，不仅满足了喷射结构件22与进口部12的连通需要，而且可通过喷射结构件22对安装开口121进行封闭，不需要安装额外的封闭结构，简化了安装结构，同时通过喷射结构件22作为封闭件还可提高安装位置封闭的稳定性，极大的提高了本发明在工作过程中的稳定性。
如图4所示，根据本发明的一种实施方式，喷射结构件22为圆柱体，在其侧面上设置有平行于喷射结构件22轴线的切面，其余部分为圆柱面。
通过上述设置，在喷射结构件22设置切面有利于安装其他结构。
如图4所示，根据本发明的一种实施方式，沿喷射结构件22的轴向，喷射通道2a规则排列有三个，且处于中间位置的喷射通道2a在圆柱面上的开口要大于其他位置的喷射通道2a在圆柱面上的开口。
根据本发明的一种实施方式，沿进口部12的轴向，喷注模块2至少设置有一个。在本实施方式中，沿进口部12的轴向，喷注模块2并排的设置有两个；当然还可以设置为三个、四个等，可根据需要进行相应的设置。
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，控制单元3包括：处理单元31，电机控制模块32、壁面测压管33、风速管34和燃料流量计35。在本实施方式中，处理单元31分别与电机控制模块32、壁面测压管33、风速管34和燃料流量计35相连接。在本实施方式中，壁面测压管33嵌入在筒状主体1的侧壁上，且处于喷注模块2的下游。燃料流量计35设置在向喷注模块2输送燃料的管路上。在本实施方式中，电机控制模块32与驱动装置21相连接。在本实施方式中，处理单元31基于壁面测压管33和风速管34获取筒状主体1内的燃烧环境参数，基于燃料流量计35获取喷注模块2的燃料流量；进一步的，处理单元31基于燃烧环境参数和燃料流量获取实际输出燃烧效率，并通过实际输出燃烧效率和初始燃烧效率的比对结果向电机控制模块32下发转动控制信号，驱动装置21基于转动控制信号控制喷射结构件22转动。
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，处理单元31采用比例调节、积分调节、微分调节中的至少一种方式获取实际输出燃烧效率和初始燃烧效率的比对结果。
通过上述设置，通过驱动装置21控制喷射结构件22转动从而控制喷注角度，通过改变喷射结构件22的转动角度可以实现不同的燃料穿透深度，以及不同的燃料与高速空气来流的混合效率，从而可调节燃烧区的位置，从而适应超燃冲压发动机中不同工况的实际工作需求。当发动机当量比较小时，通过喷射结构件22的燃料喷注角度与高速来流夹角可以大于或等于90度，从而使燃烧区位置靠前，有利于提高燃烧效率；而当发动机当量比较大时，燃料喷注角度与高速来流夹角可以小于90度，从而使燃烧区位置靠后，从而使发动机可以在更高的当量比下工作。
结合图8、图9、图10和图11所示，根据本发明的另一种实施方式，本发明的喷射结构件22为分体结构，其包括：多个同轴设置的喷注子模块221，且多个喷注子模块221可相互独立的转动。在本实施方式中，多个喷注子模块221可通过一根轴同轴的连接，也可以通过相互之间的转动配合结构实现同轴连接，只要能够满足其安装精度和转动精度即可。在本实施方式中，各个喷注子模块221均是可以独立转动的。
在本实施方式中，喷注子模块221为柱状结构，且其侧面至少部分为连续的圆柱面(例如，采用5分之4的圆弧面)；其中，由于整个喷射结构件22被分为多个子模块，进而其每个喷注子模块221在轴向高度均是根据其所安装位置的尺寸所设定。在本实施方式中，由于每个喷注子模块221均是单独的，进而，沿喷注子模块221的径向，在每个喷注子模块221上均设置有均贯穿喷注子模块221的喷射通道2a，且喷射通道2a一端在所述圆柱面上具有开口。
在本实施方式中，由于每个喷注子模块221均为独立转动的，进而每个喷注子模块221均设置有相应的驱动以实现其单独的灵活转动。在本实施方式中，驱动装置21包括：多个驱动模块；其中，驱动模块与喷注子模块221一一对应的设置，用于分别控制喷注子模块221的独立转动。在本实施方式中，驱动模块可采用微型步进电机实现，以保证每个喷注子模块的驱动精度。
通过上述设置，将喷射结构件设置成多个独立的喷注子模块，这样可实现各个喷注子模块的独立控制，进而能够实现喷射结构件同时向不同的方向喷射燃料，以保证与来流在不同位置的混合燃烧，极大的提高了本发明的燃烧效率。此外，通过对各个喷注子模块的独立控制，实现了喷射角度的独立控制，可分别精确控制喷注子模块喷注角度实现在空间上横向各种角度与纵向不同距离的喷注。同时，采用这种独立的控制方式，结合对来流速度的反馈的数据还可有效适应于不同工况下的动态调整方案，进一步提高了本发明的燃烧效率以及超燃冲压发动机的性能。
根据本发明的一种实施方式，喷射通道2a在圆柱面上的开口呈长度大于宽度的规则形状。例如，喷射通道2a在圆柱面上的开口可设置为矩形、长圆孔形、椭圆形等。其中，长度方向为水平的或者竖直的。
如图12所示，根据本发明的一种实施方式，喷射通道2a包括：相互连通的第一通道部分2a1和第二通道部分2a2。在本实施方式中，第一通道部分2a1为锥形通道，其开口大的一端在圆柱面上形成开口，其开口小的一端与第二通道部分2a2相连接。在本实施方式中，第一通道部分2a1的锥形通道的截面形状可根据需要进行设置，例如，圆形、矩形、椭圆形、长圆孔形等。
通过上述设置，本方案的喷射通道2a的开口设置为长度大于宽度的形式，可使得喷出的燃料成层状流体，进而能够在与来流的混合效果进一步优化，极大的提高了燃烧效率。
如图13所示，根据本发明的另一种实施方式，喷射通道2a在圆柱面上开口的一端设置有可更换的喷嘴结构2a11。在本实施方式中，喷嘴结构2a11嵌入在喷射通道2a内设置，且其与圆柱面相邻的一侧与圆柱面相齐平的设置。在本实施方式中，喷嘴结构2a11中的通道截面为圆形、矩形、椭圆形、长圆孔形等形状，此外，喷嘴结构2a11中的通道还可设置为锥形通道。参见图6所示，
通过上述设置，可根据实际工况选择合适的喷嘴结构2a11进行喷射作业，极大的提高了本发明的使用灵活性。同时，通过设置可更换的喷嘴结构2a11对进一步提高本发明的使用寿命有利。
如图7所示，根据本发明的一种实施方式，进口部12设置喷注模块2的位置设置有安装开口121，且在安装开口121相对的两端分别设置有支承件122。在本实施方式中，支承件122为板状体结构。其中，驱动装置21与其中一个支承件122固定连接，喷射结构件22远离驱动装置21的一端与另一个支承件122转动连接。在本实施方式中，喷射结构件22的圆柱面与安装开口121的边缘滑动接触，且安装开口121的开口面积小于圆柱面的面积。
通过上述设置，在本方案中通过喷射结构件22与安装开口121的滑动配合安装，不仅满足了喷射结构件22与进口部12的连通需要，而且可通过喷射结构件22对安装开口121进行封闭，不需要安装额外的封闭结构，简化了安装结构，同时通过喷射结构件22作为封闭件还可提高安装位置封闭的稳定性，极大的提高了本发明在工作过程中的稳定性。
如图9所示，根据本发明的另一种实施方式，沿喷注子模块221的周向，在喷注子模块221的圆柱面上，喷射通道2a的开口间隔的设置有多个。例如，喷射通道2a的开口具有5个，相邻开口的间隔角度为27.5°，其中处于中间位置的作为中心开口，其与开口在其两侧对称布置。
结合图8和图9所示，根据本发明的另一种实施方式，多个喷注子模块221分为主喷注子模块221a和副喷注子模块221b；其中，主喷注子模块221a至少设置有一个，其余为副喷注子模块221b。在本实施方式中，沿喷射结构件22的轴向，主喷注子模块221a处于中间位置设置，副喷注子模块221b在主喷注子模块221a的轴向两侧分别设置。例如，在本实施方式中，喷注子模块221设置有9个，则其中处于中间位置的一个喷注子模块221作为主喷注子模块221a，而其余8个喷注子模块221则为副喷注子模块221b。
如图8所示，根据本发明的另一种实施方式，沿进口部12的轴向，喷注模块2至少设置有一个。在本实施方式中，沿进口部12的轴向，喷注模块2并排的设置有两个；当然还可以设置为三个、四个等，可根据需要进行相应的设置。
如图15所示，根据本发明的另一种实施方式，沿喷射结构件22的轴向，处于喷射结构件22中间位置的喷射通道2a在圆柱面上的开口要大于其他位置的喷射通道2a在所述圆柱面上的开口。在本实施方式中，处于主喷注子模块221a上的喷射通道2a在圆柱面上的开口要大于处于副喷注子模块221b上的喷射通道2a在圆柱面上的开口。
本发明了的超燃冲压发动机的燃烧室采用多自由度动态角度调节喷注方案，具有多个独立的喷注旋转模块，从而实现在纵向和横向上各种喷注角度与喷注位置的不同组合，并且同时通过实时测量飞行数据通过电机控制终端实时调整，实现更宽工况，更高效率的燃烧。同时通过两组这样的角度喷注模块可以组成超燃冲压发动机中的气动斜坡结构，从而使得燃烧效率更高，可调节性更强。
如图14所示，根据本发明的另一种实施方式，控制单元3包括：处理单元31，电机控制模块32、壁面测压管33、风速管34和燃料流量计35；。在本实施方式中，由于喷射结构件22采用多个独立的喷注子模块221构成，进而，电机控制模块32设置有多个；其中，电机控制模块32与驱动模块一一对应的设置。在本实施方式中，处理单元31分别与电机控制模块32、壁面测压管33、风速管34和燃料流量计35相连接；其中，电机控制模块32与驱动装置21相连接；处理单元31基于壁面测压管33和风速管34获取筒状主体1内的燃烧环境参数，基于燃料流量计35获取喷注模块2的燃料流量；进一步的，处理单元31基于燃烧环境参数和燃料流量获取实际输出燃烧效率，并通过实际输出燃烧效率和初始燃烧效率的比对结果向电机控制模块32下发转动控制信号，驱动装置21中的每个驱动模块基于转动控制信号分别控制喷射结构件22中的喷注子模块221转动。
根据本发明，设计有多个独立的喷注旋转模块，从而实现在纵向和横向上各种喷注角度与喷注位置的不同组合，并且同时通过实时测量飞行数据使用PID控制方法控制终端实时调整，实现更宽工况，更高效率的燃烧。同时通过两组这样的角度喷注模块可以组成超燃冲压发动机中的气动斜坡结构，从而使得燃烧效率更高，可调节性更强。
为进一步说明本方案的控制单元的工作过程，进一步对其控制方法作进一步说明。
在本实施方式中，基于PID算法实现多自由度动态角度调节。具体包括以下步骤：
S1.通过现有的相关流场测量手段测定初始燃烧效率r(k)；
S2.控制单元3通过壁面测压管33、风速管34和燃料流量计35分别采集相应的数据以获得筒状主体1内的燃烧环境参数和燃料流量；
S3.基于获取的燃烧环境参数和燃料流量获取实际输出燃烧效率c(k)；
S4.将初始燃烧效率r(k)作为定值与实际输出燃烧效率c(k)相减得到控制偏差e(k)，即比对结果。
S5.将初始燃烧效率r(k),控制偏差e(k),PID调整u(k),实际输出燃烧效率c(k)在第n次采样后的数据分别用r(n)、e(n)、u(n)、c(n)表示，则e(t)＝r(t)-c(t)表示为：
e(n)＝r(n)-c(n)；
将PID控制方程离散化，及作如下近似：
Figure BDA0004129358250000151
Figure BDA0004129358250000152
则PID离散控制方程可以表示如下：
Figure BDA0004129358250000153
则PID增量型控制算式为：
Δu(n)＝u(n)-u(n-1)＝Kp[e(n)-e(n-1)]+KIe(n)+KD[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]
从而通过调节上式中的KP,KD,KI,进而调节输出Δu(n)，以获得转动控制信号，即调节燃料喷注角度，其中KP为比例增益系数，KI为积分时间常数。KD为微分时间常数。
在本实施方式中，所采用的比例调节方式可表示为：
up(n)＝KPe(n)
所采用的积分调节方式可表示为：
Figure BDA0004129358250000161
所采用的微分调节方式可表示为：
Figure BDA0004129358250000162
S6.根据调整后的喷注角度结合壁面测压管33、风速管34和燃料流量计35的输出数据计算新的实际输出燃烧效率并反馈至S2以进行喷注角度控制。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，包括：中空的筒状主体(1)，可调整喷射角度的喷注模块(2)，用于控制所述喷注模块(2)的控制单元(3)；
所述中空的筒状主体(1)包括：突扩型燃烧室(11)，位于所述突扩型燃烧室(11)上游的进口部(12)和位于所述突扩型燃烧室(11)下游的出口部(13)；
所述喷注模块(2)在所述进口部(12)的一侧设置，且所述喷注模块(2)上的喷射通道(2a)与所述进口部(12)相连通；
所述控制单元(3)分别与所述筒状主体(1)和所述喷注模块(2)相连接，其中，所述控制单元(3)采集所述筒状主体(1)内的燃烧环境参数和采集所述喷注模块(2)的燃料流量，并基于初始燃烧效率、所述燃烧环境参数和所述燃料流量调整所述喷注模块(2)的燃料喷注角度。
2.根据权利要求1所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，所述喷注模块(2)包括：驱动装置(21)，喷射结构件(22)；
所述喷射结构件(22)与所述驱动装置(21)相连接，且所述驱动装置(21)用于驱动所述喷射结构件(22)转动；
所述喷射结构件(22)为柱状结构，且其侧面至少部分为连续的圆柱面；
沿所述喷射结构件(22)的径向，所述喷射通道(2a)贯穿所述喷射结构件(22)设置，且所述喷射通道(2a)一端在所述圆柱面上具有开口。
3.根据权利要求2所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，沿所述喷射结构件(22)的轴向，所述喷射通道(2a)规则排列有多个。
4.根据权利要求3所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，所述喷射结构件(22)包括：多个同轴设置的喷注子模块(221)，且多个所述喷注子模块(221)可相互独立的转动；
所述喷注子模块(221)为柱状结构，且其侧面至少部分为连续的圆柱面；
沿所述喷注子模块(221)的径向，在每个所述喷注子模块(221)上均设置有均贯穿所述喷注子模块(221)的喷射通道(2a)，且所述喷射通道(2a)一端在所述圆柱面上具有开口；
所述驱动装置(21)包括：多个驱动模块；
所述驱动模块与所述喷注子模块(221)一一对应的设置，用于分别控制所述喷注子模块(221)的独立转动。
5.根据权利要求4所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，沿所述喷注子模块(221)的周向，在所述喷注子模块(221)的圆柱面上，所述喷射通道(2a)的开口间隔的设置有多个。
6.根据权利要求5所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，多个所述喷注子模块(221)分为主喷注子模块(221a)和副喷注子模块(221b)；其中，所述主喷注子模块(221a)至少设置有一个，其余为副喷注子模块(221b)；
沿所述喷射结构件(22)的轴向，所述主喷注子模块(221a)处于中间位置设置，所述副喷注子模块(221b)在所述主喷注子模块(221a)的轴向两侧分别设置。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，所述进口部(12)设置所述喷注模块(2)的位置设置有安装开口(121)，且在所述安装开口(121)相对的两端分别设置有支承件(122)；
所述喷射结构件(22)与所述支承件(122)转动连接；
所述喷射结构件(22)的所述圆柱面与所述安装开口(121)的边缘滑动接触，且所述安装开口(121)的开口面积小于所述圆柱面的面积。
8.根据权利要求7所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，沿所述进口部(12)的轴向，所述喷注模块(2)并排的设置有多个；
沿所述喷射结构件(22)的轴向，处于所述喷射结构件(22)中间位置的所述喷射通道(2a)在所述圆柱面上的开口要大于其他位置的所述喷射通道(2a)在所述圆柱面上的开口。
9.根据权利要求3至6任一项所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，所述控制单元(3)包括：处理单元(31)，电机控制模块(32)、壁面测压管(33)、风速管(34)和燃料流量计(35)；
所述处理单元(31)分别与所述电机控制模块(32)、壁面测压管(33)、风速管(34)和燃料流量计(35)相连接；
所述电机控制模块(32)与所述驱动装置(21)相连接；
所述处理单元(31)基于所述壁面测压管(33)和风速管(34)获取所述筒状主体(1)内的燃烧环境参数，基于所述燃料流量计(35)获取所述喷注模块(2)的燃料流量；
所述处理单元(31)基于所述燃烧环境参数和所述燃料流量获取实际输出燃烧效率，并通过实际输出燃烧效率和初始燃烧效率的比对结果向所述电机控制模块(32)下发转动控制信号，所述驱动装置(21)基于所述转动控制信号控制所述喷射结构件(22)转动。
10.根据权利要求9所述的用于超燃冲压发动机的可调角度喷注方案，其特征在于，所述处理单元(31)采用比例调节、积分调节、微分调节中的至少一种方式获取所述实际输出燃烧效率和所述初始燃烧效率的比对结果。
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