一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置及其控制方法

摘要

本发明提出了一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置及其控制方法，装置包括隔离气体供给系统、氧化剂供给系统和燃料供给系统；隔离气体供给系统由隔离气体供给源、隔离气体截止阀、隔离气体减压阀以及隔离气体第一电磁阀和隔离气体第二电磁阀组成。本发明将氧化剂和燃料通路的阀体常开，而两套并联隔离气体通路的电磁阀交替工作，在每个隔离气体电磁阀工作之前点火一次，点火频率为隔离气体电磁阀工作频率的两倍，隔离气体与氧化剂在四通处汇合，隔离气体通路关闭时，氧化剂正常供给，隔离气体通路打开时，隔离气体压力大于氧化剂供给压力，阻断氧化剂供给，实现隔离作用，使得脉冲爆震火箭发动机的工作频率可以达到电磁阀最高工作频率的两倍。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体为一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置 及其控制方法。

背景技术

脉冲爆震火箭发动机是一种利用脉冲式爆震波产生推力的非稳态动力装置，发动 机是间歇式工作的。在一定几何尺寸下，脉冲爆震火箭发动机工作频率越高，其工作 状态越稳定，噪声越小，同时可以得到更大的推力和推重比。因此增大脉冲爆震火箭 发动机的工作频率对其实际应用有重要意义。当工作频率达到100Hz时，发动机产生 的推力趋近于连续。

目前实验室中一般采用电磁阀控制推进剂及隔离气体的间歇式填充，而电磁阀的 开启与关闭需要一定的响应时间，这就决定了电磁阀的工作频率有一个上限。超过某 一频率，电磁阀就来不及响应，关闭不彻底。频率越高，电磁阀将会越接近常开状态。 因此电磁阀的工作频率上限成为了脉冲爆震火箭发动机工作频率提高的瓶颈。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有技术存在的不足，本发明提出了一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作 控制装置及其控制方法，能够打破电磁阀对脉冲爆震火箭发动机工作频率的限制，提 高脉冲爆震火箭发动机工作频率。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置，包括隔离气体供给系统、氧化 剂供给系统和液态燃料供给系统，其特征在于：所述隔离气体供给系统由隔离气体供 给源、隔离气体截止阀、隔离气体减压阀以及隔离气体第一电磁阀和隔离气体第二电 磁阀组成，隔离气体供给源、隔离气体截止阀与隔离气体减压阀串联连接，隔离气体 第一电磁阀和隔离气体第二电磁阀并联后与隔离气体减压阀串联，隔离气体第一电磁 阀与隔离气体第二电磁阀的出口分别接四通的两个相对的入口；所述氧化剂供给系统 由氧化剂供给源、氧化剂截止阀、氧化剂减压阀和氧化剂电磁阀串联组成，氧化剂电 磁阀出口接四通的一个入口；四通出口通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管中；所述液 态燃料供给系统由挤压气体供给源、挤压气体第一截止阀、挤压气体减压阀、挤压气 体第二截止阀、液态燃料源、液态燃料截止阀、液态燃料电磁阀串联组成，液态燃料 电磁阀出口通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管中；隔离气体供给源的气体供给压力大 于氧化剂供给源的气体供给压力。

所述一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置，包括隔离气体供给系统、氧化 剂供给系统和气态燃料供给系统，其特征在于：所述隔离气体供给系统由隔离气体供 给源、隔离气体截止阀、隔离气体减压阀以及隔离气体第一电磁阀和隔离气体第二电 磁阀组成，隔离气体供给源、隔离气体截止阀与隔离气体减压阀串联连接，隔离气体 第一电磁阀和隔离气体第二电磁阀并联后与隔离气体减压阀串联，隔离气体第一电磁 阀与隔离气体第二电磁阀的出口分别接五通的两个不相邻的入口；所述氧化剂供给系 统由氧化剂供给源、氧化剂截止阀、氧化剂减压阀和氧化剂电磁阀串联组成，氧化剂 电磁阀出口接五通的一个入口；所述气态燃料供给系统由气态燃料源、气态燃料截止 阀、气态燃料减压阀和气态燃料电磁阀串联组成，气态燃料电磁阀出口接五通的一个 入口；五通的出口通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管中；隔离气体供给源的气体供给 压力大于氧化剂供给源的气体供给压力以及气态燃料源的气体供给压力。

所述一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制方法，其特征在于：氧化剂供给系统 和液态燃料供给系统中的阀体处于常开状态，在脉冲爆震火箭发动机的一个工作周期 的前半个周期内，脉冲爆震火箭发动机的点火器和隔离气体第一电磁阀工作，在点火 器点火后，隔离气体第一电磁阀打开，在在脉冲爆震火箭发动机的一个工作周期的后 半个周期内，点火器和隔离气体第二电磁阀工作，在点火器点火后，隔离气体第二电 磁阀打开。

所述一种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制方法，其特征在于：点火器的点火占 空比为0.01，隔离气体第一电磁阀和隔离气体第二电磁阀的打开占空比为0.3。

有益效果

本发明将氧化剂和燃料通路的阀体常开，而两套并联隔离气体通路的电磁阀交替 工作，在每个隔离气体电磁阀工作之前点火一次，点火频率为隔离气体电磁阀工作频 率的两倍。隔离气体与氧化剂在四通处汇合，当隔离气体通路关闭时，氧化剂正常供 给，当隔离气体通路打开时，隔离气体压力大于氧化剂供给压力，可以阻断氧化剂的 供给，并有效实现隔离作用，这样脉冲爆震火箭发动机的工作频率可以达到电磁阀最 高工作频率的两倍，即在采用相同电磁阀的前提下，本方案可使脉冲爆震火箭发动机 实现两倍于采用传统控制方法的工作频率。另外，当燃料为气态时，可以将燃料供给 通路接到五通处，这样改进的目的是为了使燃料与氧化剂更好地混合，并得到更好的 隔离效果。

附图说明

图1：本发明实施例1中的控制装置结构示意图；

图2：本发明实施例2中的控制装置结构示意图；

图3：在一个工作周期内，隔离气体电磁阀与点火器的工作时序图；

图4：实施例中的脉冲爆震火箭发动机的压力波形图。

其中：1、挤压气体气瓶；2、截止阀，其中2-1为挤压气体第一截止阀，2-2为挤 压气体第二截止阀，2-3为液态燃料截止阀，2-4为氧化剂截止阀，2-5为隔离气体截 止阀，2-6为气态燃料截止阀；3、减压阀，其中3-1为挤压气体减压阀，3-2为氧化剂 减压阀，3-3为隔离气体减压阀，3-4为气态燃料减压阀；4、燃料箱；5、电磁阀，其 中5-1为液态燃料电磁阀，5-2为隔离气体第二电磁阀，5-3为氧化剂电磁阀，5-4为 隔离气体第一电磁阀，5-5为气态燃料电磁阀；6、爆震管；7、火花塞；8、防回火装 置；9、四通；10、氧化剂气瓶；11、隔离气体气瓶；12、五通。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

实施例1：

参照附图1，本实施例中的脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置包括隔离气体 供给系统、氧化剂供给系统和液态燃料供给系统。

隔离气体供给系统由隔离气体气瓶11、隔离气体截止阀2-5、隔离气体减压阀3-3 以及隔离气体第一电磁阀5-4和隔离气体第二电磁阀5-2组成。隔离气体气瓶11、隔 离气体截止阀2-5与隔离气体减压阀3-3串联连接，隔离气体第一电磁阀5-4和隔离气 体第二电磁阀5-2并联后与隔离气体减压阀3-3串联，隔离气体第一电磁阀5-4与隔离 气体第二电磁阀5-2的出口分别接四通9的两个相对的入口。

氧化剂供给系统由氧化剂气瓶10、氧化剂截止阀2-4、氧化剂减压阀3-2和氧化 剂电磁阀5-3串联组成。氧化剂电磁阀出口接四通9的一个入口。四通出口经过防回 火装置8通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管6中。

液态燃料供给系统由挤压气体气瓶1、挤压气体第一截止阀2-1、挤压气体减压阀 3-1、挤压气体第二截止阀2-2、燃料箱4、液态燃料截止阀2-3、液态燃料电磁阀5-1 串联组成。液态燃料电磁阀出口通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管6中。

本实施例中，采用液态汽油作为燃料，氮气作为挤压气体，50%氧气与50%氮气 混合物作为氧化剂，氮气作为隔离气体。在爆震管前安装喷注器对汽油进行雾化，在 爆震管的爆震波传播段等距离安放三个压力传感器p1，p2，p3，分别测量各处的压力。

工作时，各通路之间需要按一定的时序供给，氧化剂供给系统和液态燃料供给系 统中的阀体处于常开状态，控制两路隔离气体的两个电磁阀交替工作，每次工作之前 火花塞点火一次，即在脉冲爆震火箭发动机的一个工作周期的前半个周期内，脉冲爆 震火箭发动机的点火器和隔离气体第一电磁阀工作，在点火器点火后，隔离气体第一 电磁阀打开，在在脉冲爆震火箭发动机的一个工作周期的后半个周期内，点火器和隔 离气体第二电磁阀工作，在点火器点火后，隔离气体第二电磁阀打开。当隔离气体电 磁阀关闭时，氧化剂正常供给，而当隔离气体电磁阀打开时，由于隔离气体供给压力 大于氧化剂气体供给压力，从而在实现隔离气体正常供给的同时阻断氧化剂供给，也 减少了氧化剂不必要的浪费。参照附图3，控制系统输出五路方波信号分别控制四个 电磁阀和一个点火器工作，氧化剂通路与燃料通路的电磁阀保持打开状态，点火器在 一个工作周期内两次点火，点火相位在60°和239°，占空比均为0.01，下降沿点火， 控制两路隔离气体的电磁阀分别在相位为72°和251°处打开，占空比为0.3。

本实施例中利用电磁阀控制燃料、氧化剂及隔离气体的时序供给，点火频率为隔 离气体通路电磁阀工作频率的两倍，利用爆震管上的三个压力传感器p1，p2，p3采集 压力随时间变化的曲线，判断是否形成了爆震波。实施例中隔离气体通路电磁阀的工 作频率最高达到了28Hz，p1，p2，p3对应的压力变化曲线如附图4所示。从图中可 以看出脉冲爆震火箭发动机的工作频率达到了56Hz，是电磁阀工作频率的两倍。

上述结果表明，这种脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制方法是可行的。在四通处， 两路隔离气体在供给过程中均有效阻断了氧化剂的供给；发动机的工作频率可以达到 电磁阀工作频率的两倍，大大降低了电磁阀最大工作频率对脉冲爆震火箭发动机工作 频率的限制。

实施例2：

本实施例中的脉冲爆震火箭发动机倍频工作控制装置，包括隔离气体供给系统、 氧化剂供给系统和气态燃料供给系统。

隔离气体供给系统由隔离气体气瓶11、隔离气体截止阀2-5、隔离气体减压阀3-3 以及隔离气体第一电磁阀5-4和隔离气体第二电磁阀5-2组成。隔离气体气瓶、隔离 气体截止阀与隔离气体减压阀串联连接，隔离气体第一电磁阀和隔离气体第二电磁阀 并联后与隔离气体减压阀串联，隔离气体第一电磁阀与隔离气体第二电磁阀的出口分 别接五通12的两个不相邻的入口。

氧化剂供给系统由氧化剂气瓶10、氧化剂截止阀2-4、氧化剂减压阀3-2和氧化 剂电磁阀5-3串联组成，氧化剂电磁阀出口接五通的一个入口。

气态燃料供给系统由气态燃料箱、气态燃料截止阀2-6、气态燃料减压阀3-4和气 态燃料电磁阀5-5串联组成，气态燃料电磁阀出口接五通的一个入口。五通12的出口 经过防回火装置8通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管中。

本实施例中，气态燃料与氧化剂在五通处汇合，可以得到更好的混合效果，当隔 离气体通路打开时，隔离气体的供给压力大于燃料和氧化剂的气体供给压力，可以在 实现隔离气体正常供给的同时阻断燃料和氧化剂供给，有效实现隔离作用。

而本实施例中点火器以及四个电磁阀的控制过程与实施例1中相同，如图3所示， 控制系统输出五路方波信号分别控制四个电磁阀和一个点火器工作，氧化剂通路与燃 料通路的电磁阀保持打开状态，点火器在一个工作周期内两次点火，点火相位在60° 和239°，占空比均为0.01，下降沿点火，控制两路隔离气体的电磁阀分别在相位为 72°和251°处打开，占空比为0.3。本实施例中，脉冲爆震火箭发动机工作频率预期 同样可以达到电磁阀工作频率的两倍，大大降低了电磁阀最大工作频率对脉冲爆震火 箭发动机工作频率的限制。