[发明专利]基于振动信号的旋转爆震发动机状态监测装置及方法

说明书

本发明涉及发动机状态监测技术领域，公开了基于振动信号的旋转爆震发动机状态监测装置及方法，包括设于旋转爆震发动机外壁的若干个加速度传感器，通过对振动信号的时域和频域分析，实现对发动机内部爆震波状态的识别和监测，方法简单易行，加速度传感器响应快，信号处理的计算量小，判读方便，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及发动机状态监测技术领域，尤其是涉及基于振动信号的旋转爆震发动机状态监测装置及方法。

背景技术

旋转爆震作为一种新型燃烧组织技术，在火力发电和动力推进领域具有良好的应用前景，在国内外引起了广泛关注和研究。爆震，区别于传统发动机所采取的等压燃烧形式(如布莱顿循环等)，具有更高的热力循环效率和能量释放率，是一种增压燃烧(PressureGainCombustion,PGC)。

爆震发动机主要分两种，即脉冲爆震发动机(PDE)和旋转爆震发动机(RDE)。脉冲爆震发动机一般采用间歇性多次点火的工作方式，燃料进入燃烧室后起爆产生爆震波，待爆震波向发动机出口传播，燃烧室压力降低后进行燃料的二次喷注和再起爆。采用这种工作方式的脉冲发动机工作频率一般低于100Hz。与脉冲爆震发动机不同，旋转爆震发动机只需一次点火，爆震波便可在燃烧室内自持传播，工作频率>1000Hz,接近连续爆震的要求。

目前对旋转爆震发动机的监测主要通过高频动态压力传感器和火焰离子探针进行，两者均采用嵌入式安装的方法对发动机内部的压力和火焰信号进行测量。高频动态压力传感器可以清晰地捕捉到爆震波经过时的压力脉动信号幅值以及起爆时间等，对其进行频谱分析可以得到爆震波在发动机内的传播频率和传播模态；火焰离子探针利用燃烧过程中化学反应产生带电离子的原理能够判断探针附近是否有火焰经过。将火焰离子探针与高频动态压力传感器的测量结果相结合，可以判断出压力波与火焰是否耦合或已经解耦，进而判断爆震波是否处于稳定传播状态。但是，高频动态压力传感器不耐高温，只能用于短时的旋转爆震测试，即使采用水冷装置也只能耐受700-800K左右的温度，与爆震发动机内1800-2000K的温度相去甚远，而单独的火焰离子探针虽然具备在高温下工作较长时间的能力，但是其并不能表征爆震波强度等信息，即使在测得高频信号的情况下也容易混淆爆震与爆燃。为此，人们开始尝试采用声测量等非接触式测量方法，但声传感器的布置点通常距离发动机较远，声传播距离长了之后，主要特征信号容易衰减和受到其它声源的干扰。这种情况下就需要一种新的测量手段对爆震发动机的状态进行监测。

发明内容

本发明的第一目的在于提供基于振动信号的旋转爆震发动机状态监测装置，避开了旋转爆震发动机内部的高温影响，同时缩短了加速度传感器与信号源的距离，提高了检测精度。

基于振动信号的旋转爆震发动机状态监测装置，包括设于旋转爆震发动机外壁的若干个加速度传感器。

通过采用上述技术方案，通过在旋转爆震发动机特定位置安装加速度传感器，进而通过对振动信号的时域和频域分析，实现对发动机内部爆震波状态的识别和监测，避开了旋转爆震发动机内部的高温影响，同时缩短了加速度传感器与信号源的距离，提高了检测精度。

在一些实施方式中，所述加速度传感器通过安装座安装于所述爆震发动机外壁，所述安装座上设有磁铁，所述安装座上开设有传感器安装螺纹孔。

通过采用上述技术方案，可根旋转爆震发动机的几何结构和测量目的灵活布置加速度传感器。

在一些实施方式中，包括至少两个所述加速度传感器，且所述加速度传感器位于爆震发动机同一周向角度的不同轴向位置上，或位于爆震发动机同一轴向位置的不同角度上。

通过采用上述技术方案，将加速度传感器安装于爆震发动机同一轴向位置的不同角度上，以监测爆震波传播模态；将加速度传感器安装于爆震发动机同一周向角度的不同轴向位置上，以估算爆震波各参数。