超燃冲压发动机燃烧效率测量方法简介

在进行超燃冲压发动机燃烧室性能评估时,燃烧效率是一个非常重要的指标.然而由于燃烧室内高温、高速等复杂条件的影响,很难对燃烧效率进行直接的确定.对常见的气体采样法、红外线法、体积热量法、推力测量法和冲量函数法等基于试验测量的超燃冲压发动机燃烧效率确定方法进行了详细介绍,并对各自的特点进行了对比分析,供进行燃烧效率测量试验参考.     

乙烯高速射流点火过程试验研究

为了研究超燃冲压发动机燃烧室流动状态下的富燃燃气点火过程，设计建立了一套用于研究高速乙烯射流在富燃燃气中点火过程的高温同轴射流试验装置。试验研究了伴流当量比1.4和1.6，乙烯射流喷注压力2×105Pa和3×105Pa参数下的点火过程，试验过程中乙烯射流均能实现稳定燃烧。结合高速摄像机和后处理分析点火过程发现:（1）乙烯高速射流在富燃燃气中的点火过程主要分为4个阶段:（a）主流和伴流掺混；（b）主流和空气发生剧烈化学反应；（c）火焰在下游发生局部熄火；（d）火焰达到稳定状态。（2）伴流当量比1.4比伴流当量比1.6更有利于高速流动下的点火。（3）乙烯射流速度的增大会导致不充分燃烧，火焰亮度变弱。     

脉冲燃烧风洞及其在火箭和超燃发动机研究中的应用

近期美国X-43A的飞行试验数据表明脉冲式风洞能够预测飞行性能。中国空气动力研究与发展中心(CARDC)20多年来一直在发展各种脉冲燃烧风洞技术及其在火箭高空羽流、超燃发动机研究中的应用。典型的四喷管火箭底部挡板采用涡轮废气排气方案能大大减少底部热流，这是脉冲式风洞的成功应用成果；在60-80ms脉冲燃烧风洞中首次进行了室温煤油燃料的超燃模型发动机试验，测量了发动机内流道中壁面压力和发动机推力，比较了脉冲式风洞和连续式风洞的试验结果。研究表明：在M=5、6试验条件下，煤油自发点火延滞时间约4ms，因而工作时间为60-80ms的脉冲燃烧风洞能够十分经济奏效地进行超燃模型发动机研究。笔者亦介绍了正在研制中的大口径脉冲燃烧风洞方案。     

结合火焰辐射与互相关法的燃烧颗粒速度测量方法研究

针对高温燃烧颗粒运动速度在线测量难题,提出了结合火焰辐射与互相关法的燃烧颗粒速度测量方法,并设计了相应的测量装置对平面火焰炉实验系统中燃烧煤粉颗粒速度进行了测量,布置了上下游2个相距6 mm的火焰辐射光强测点,通过对该2测点辐射光强进行互相关分析计算得到燃烧颗粒运动速度,实验获得了变工况下燃烧颗粒运动速度的变化情况,同时将其与数值模拟结果对比,相对偏差不超过10%,验证了该方法可为诸如锅炉煤粉燃烧、固体火箭发动机推进剂燃烧等恶劣环境下燃烧颗粒速度测量提供一种简单、有效的测量方法。     

推进剂当量比对RDC出口流动特性的影响

为了研究不同当量比下燃烧室出口压力和温度等特性，利用多孔喷注的旋转爆震燃烧室模型，以乙炔为燃料，空气为氧化剂，对压力和温度分布均匀性、增压比以及喷射压力比等指标进行了分析。研究结果表明，保持质量流率不变，随着当量比的增大，燃烧室内燃烧工况从贫燃逐渐变为富燃，出口压力及温度的均匀性会先变好后变差，增压比先增大后减小。当量比为1时，燃烧室内为双波传播状态，出口压力和温度均匀性最好，此时CV值最小为0.57,1-CU值最小为0.52，畸变指数最小为2.936,OTDF值最小为0.36，增压比最大为1.13，但当量比对燃烧室增压比的提升效果有限。     

单喷嘴模型发动机纵向高频燃烧不稳定性实验分析

为掌握喷嘴缩进长度和燃烧室长度对气氧/煤油火箭发动机高频燃烧不稳定性的影响规律，设计并开展了单喷嘴模型发动机燃烧实验。实验选用了气液同轴离心式单喷嘴，采用中心供应氧气，液体煤油经切向孔沿轴向旋转进入喷嘴的形式，为测试燃烧稳定性，燃烧室和喷嘴缩进的长度分别作为实验变量，利用高频压力传感器采集数据，基于压力信号对实验结果，尤其是呈现的纵向高频燃烧不稳定性现象进行了细致地研究。结果表明:在本文研究条件下，随着缩进长度的增加，对纵向高频燃烧不稳定性产生阻尼作用，但不会消除纵向高频燃烧不稳定。燃烧室的长度在516和356mm之间存在某个值，使得喷嘴缩进长度对燃烧稳定性影响可以忽略。随着燃烧室长度的增加，一阶纵向声学频率逐渐减小，而幅值逐渐增强。出现这些现象的原因是燃烧过程压力振荡与声波存在相位差。此外，燃烧室长度对纵向高频燃烧不稳定性的影响比缩进长度更明显。     

合成气组分及雷诺数对火焰结构影响的实验研究

利用非接触的激光PLIF技术测量了在湍流贫燃预混燃烧中的OH自由基分布。以典型煤制合成气真实组分为基础进行工况设计,分为H2含量变化、CO/(CO+CH4)相对比例变化、雷诺数变化和中低热值对比4部分进行实验。通过OH-PLIF信号分析,探讨了H2含量、CO/(CO+CH4)相对比例和雷诺数对燃烧的影响。实验结果表明,雷诺数、H2含量和CO/(CO+CH4)相对比例的变化对合成气燃烧过程都有显著的影响。其中雷诺数的增大和H2含量的增加都加强了OH-PLIF信号强度,即有利于火焰中OH自由基的生成。而CO/(CO+CH4)相对比例的上升,因同时减少了CH4含量,导致OH自由基浓度下降。H2含量的升高和CO/(CO+CH4)相对比例的上升(转折点前)对于火焰行程都有缩短的作用,强化了燃烧。转折点之后CO/(CO+CH4)相对比例的继续上升不利于燃烧。后文对裂解气火焰瞬时图像和火焰面密度的分析印证了上述规律。     

采用CARS试验技术与UFPV数值方法研究航空发动机燃烧室

在自主开发的软件平台上，采用基于URANS的方法计算航空发动机燃烧室的三维两相燃烧流动，考虑了液态燃油从液膜-液滴-燃气-燃烧的完整物理化学过程。其中，颗粒相采用LISA一次破碎模型，KH-RT二次破碎模型和标准的蒸发模型，湍流燃烧模型采用可以考虑非稳态燃烧特性的非稳态火焰面/反应进度变量方法，得到了航空发动机燃烧室中温度、组分浓度和燃油液滴的颗粒直径分布规律。同时，采用CARS光学手段测量燃烧室主燃区的温度分布，并将数值计算结果与光学试验测量值进行比较，数值计算结果和试验值吻合较好，数值计算误差小于7.3%。说明了本文的数值计算方法和UFPV方法在计算航空发动机燃烧室的两相燃烧流动时具有较高的精度。     

1 000 MW超超临界锅炉结渣特性预测模型

根据1 000 MW超超临界锅炉的实际运行数据,对其结渣特性进行研究和分析。建立了基于煤灰特性的锅炉结渣特性预测模型,包括单一指标和综合指标的各预测模型,这些预测模型能简单、快速地预测锅炉的结渣特性。但对于锅炉燃用煤质不均匀或采用混煤燃烧等情况,这类预测模型的准确性和可靠性将下降。同时根据锅炉运行时的实时监测数据,建立了基于炉膛清洁因子的炉膛结渣特性在线监测模型,通过炉膛出口后各受热面进出口蒸汽温度、流量,以及省煤器出口烟气温度等有关参数,利用反平衡法计算求得此时的炉膛出口烟气温度,然后求出炉膛的平均热有效性系数和炉膛清洁因子,最后根据清洁因子的大小来判断锅炉的结渣特性。该模型不仅能根据锅炉运行实时数据的采集,实现锅炉结渣特性的在线实时监测,而且能对煤质不均匀或采用混煤燃烧等情况的锅炉结渣特性做出较准确的判别。     

基于丙酮/CH2O双组分PLIF技术的横向声波激励预混火焰未燃区/预热区特性研究

热声不稳定问题是航空航天动力装置发展中的难题之一,针对预混燃烧火焰的热声不稳定机理研究是解决实际发动机热声振荡难题的必经之路。采用丙酮/CH₂O双组分PLIF同步测量技术对横向声波激励下的预混火焰特性进行了研究,获得了横向声波激励预混燃烧火焰中的未燃区/预热区分布变化情况。实验结果表明:随着激励声波声压级的增大和激励声波频率的减小,未燃区/预热区形貌的变化逐渐增强;同时,随着激励声波相位的变化,未燃区/预热区形貌呈周期性变化。对丙酮PLIF图像进行边界提取,获取了不同声波频率、声压级条件下的未燃区抬举高度、扩散面积。利用丙酮/CH₂O双组分PLIF同步测量成功捕捉到典型声波频率、声压级下的火焰形貌演化过程,并分析了该典型工况下的火焰熄灭现象及其机制。     

齿轮故障诊断技术的研究

本文总结了我们多年来对齿轮故障诊断的研究工作。论述了故障齿轮振动信号的数学模型;论证了齿轮故障诊断的新方法:细化复包络分析、宽带解调技术、三阶谱分析、相关谱分析和最大熵谱分析,并列举了实例。 细化复包络谱是将细化技术应用到复包络谱上,可以提高频率分辨力。理论分析与计算机模拟表明,宽带解调技术具有很高的信噪比。三阶谱与相关谱对某些故障的分析很有效。理论分析表明,对调相信号的最大熵谱估计是有偏估计,文中还给出了线性调相与线性调频两种情况下的偏移量。     

双凸极永磁电动机霍尔位置调整方法

双凸极永磁电动机运行时,必须配备位置传感器,并调整到合适的位置,为其提供准确的换相信号。文中针对12/8极转子斜槽式双凸极永磁电机,给出两种基于三相反电势对称度及正弦度良好的发电态霍尔位置调整方法,但因电机设计及机械加工等因素造成的相电势非完全正弦或三相不对称,这两种基本调整方法很难使三相霍尔同时调整到满足理想位置关系。为此,文中提出“发电粗调,电动微调”的霍尔位置调整方法2,即先在发电态下粗调霍尔位置,再在电动态下,以非导通相绕组电流尾巴的对称度及系统效率最大化作为判断依据,进行霍尔位置的细微调整。该方法已在双凸极永磁电动机实际运行中得到了检验及应用。     

煤粉粒径分布在气固两相流场中的测试技术研究

针对输送管道内煤粉颗粒的粒径分布宽的特点，用侧向接收散射光的Mie散射方法和Fraunhofer衍射方法作了理论分析和实际测试。利用分子筛和显微镜对被测粒子进行了静态测量，其结果可以作为相对准确的测量标准。研究结果表明，针对细粉分离器内煤粉颗粒的形状、浓度和粒径的分布规律，用衍射测试方法可以达到较高的测试精度，取得较好的测试效果。     

多机测控系统在风洞试验研究中的应用

一种多计算机数据自动采集、处理和控制系统成功地应用于大迎角气动特性研究的风洞试验中,实现了大迎角非对称裁荷的主动控制和数据处理。系统主要由硬、软件两部分组成。硬件包括:中心计算机、控制机、A/D 转换器、接口等;软件包括:数据采集、处理、控制及其算法等程序。其中主动控制部分能满足目标函数的控制要求。且干扰、误动作影响小,工作可靠性强。具有适应范围广、实现容易、成本低等特点,为测控技术多机网络实现计算机风洞测控技术应用积累了实践经验,给风洞-计算机一体化的研究提供了技术资料。     

多寻呼发射机互调干扰分析及避免方法的研究

针对我国大中城市中建有数十家大功率寻呼发射台及可能产生的互调干扰情况，进行了理论分析，得出了在ＦＳＫ调制情况下，三阶和五阶调制分量的最大频偏分别是下沉寻呼发射信号的３和５倍等重要结论，并用实验验证了理论分析的正确性，提出了一些避免产生互调的方法，最后给出工程应用时的计算机辅助设计说明。     

Turned off Characteristics of Linear Ultrasonic Motor

The high controllability and high resolution control of linear ultrasonic motors depend on effective control of driving signals.For a good control characteristic,step control which the driver output turned off and on was used.Therefore,a novel dual PWM topology structure ultrasonic motor driver was designed and analyzed.According to the characteristics of the circuits,two kinds of hardware turned off methods named methods A and B were discussed.The differences of the voltage applied on motor by different methods were figured out.Finally,a series of experiments were carried out in the clean room to study the influence of step characteristic by different turn off methods.The experimental results show that the steplength was 230 nm by method A and 125 nm by method B,while cycles of driving signals were 6.The method B has a smaller steplength when cycles are 6.The average steplength varies in non-linear while driving cycles changing.The steplength varies approximately in linear while voltage amplitude changing.Therefore,method B is better to implement step control,because it gets a better control in positioning system.     

非定常大振幅振荡试验数据处理研究

在大振幅振荡风洞试验过程中,去除测量数据信号中的噪声、对齐初读数和吹风数中的角度序列和力信号序列是获得准确大振幅试验数据的两个关键问题。文中介绍了全相位数字滤波原理和处理非定常试验数据方法,并推导了全相位处理数据理论计算公式,通过对天平各通道力信号进行频谱分析来确定滤波的截止频率。对移相位、插值拟合、移动最小二乘拟合3种对齐初读数和吹风数方法进行了详细介绍,并比较了3种方法处理试验数据结果。结果表明,在有噪声的信号中,全相位数字滤波能够减少滤波过程中信号相位和幅值失真,3种对齐数据方法处理试验数据结果比较一致、合理。     

开环光纤陀螺信号测试与小波去噪

建立了开环光纤陀螺测试系统,分析了干涉型开环光纤陀螺信号中主要噪声的产生机理和特点,利用小波分析的方法进行了去噪.与常用的滤波方法如平滑滤波、低通滤波等进行了对比,结果表明,小波分析较好地满足了在噪声干扰下对光纤陀螺微弱输出信号的检测要求,在有效滤除了噪声的同时保留了信号的细节信息.文中分析了去噪阈值的选取,比较了不同小波基情况下去噪效果的差异,通过实验证明了多尺度小波分析对光纤陀螺信号去噪的有效性.     

一维与二维信号的快速内插算法

一维信号的快速内插在语音处理、数字波束形成、雷达实时仿真等方面有重要应用。图象处理中则常需对二维信号进行内插。文中首先提出了一种利用ＦＦＴ的一维信号内插的子序列算法。去除了Ａｄａｍｓ算法的额外补偿项ｅｒ（ｍ）与其他冗余运算，所需实乘数只有Ａｄａｍｓ算法的２０％左右，实加数约为Ａｄａｍｓ算法的３０％。然后本文又提出了一种基于子序列ＦＦＴ的二维信号快速内插算法。该算法不仅解决了Ｓａｔｈｙａｎａｒａｙａ     

热色液晶定量测热显示技术

简要介绍了热色液晶定量测热显示技术的特点和实施方法。给出了在等熵压缩管炮风洞中进行的测热实验的初步分析结果。