[发明专利]基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法

权利要求书

1.一种基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤1，滤波并分离出一阶声学模态压力振荡数据：对发动机燃烧室脉动压力信号进行滤波，从发动机原始压力数据中分离出一阶声学模态压力振荡数据；

步骤2，自相关计算：对步骤1分离出的一阶声学模态压力振荡数据采用如下自相关计算公式进行自相关计算，自相关计算公式为：

其中，Y₁，Y₂，…，Y_n为步骤1中分离出的一阶声学模态压力振荡数据变量序列；N为某段时间间隔内的数据点数；Y_i为第i个点压力测量值，Y_i+k为第i+k个点压力测量值；为某段时间间隔内测得压力变量的平均值；r_k为自相关值；

步骤3，计算一阶声学模态压力振荡信号的外包络线：将步骤2中的自相关计算结果进行希尔伯特变换，得到一阶声学模态压力振荡信号的外包络线；

步骤4，确定发动机一阶模态耗散系数：运用最小二乘法拟合步骤3计算的外包络线确定发动机一阶模态耗散系数；该发动机一阶模态耗散系数为发动机稳定裕度的评定工具，能够用来预测和评定液体火箭发动机高频不稳定燃烧；

发动机一阶模态耗散系数ψ的计算公式为：

ψ＝ζ_iw_iT_i

式中，ζ_i为相关程度衰减率；w_i为频率项；T_i为声学振荡周期；

其中，相关程度衰减率ζ_i由下述计算公式计算得出：

式中，r_τ为自相关值，τ为时间，括号内第二项忽略不计；

步骤5，发动机稳定裕度评定：当发动机一阶模态耗散系数小于发动机固有耗散系数时，将出现高频不稳定燃烧；为方便定量计算，将发动机一阶模态耗散系数和发动机固有耗散系数之差定义为失稳度，当失稳度大于0时，燃烧室处于稳定状态，当失稳度小于等于0时燃烧室处于不稳定状态。

2.根据权利要求1所述的基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，其特征在于：所述步骤1中，采用带通滤波器对发动机燃烧室脉动压力信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，其特征在于：所述带通滤波器的最佳带宽范围为10％-20％。

4.根据权利要求3所述的基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，其特征在于：所述带通滤波器的最佳带宽为15％。

5.根据权利要求1所述的基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，其特征在于：步骤2中，自相关计算公式的推导过程如下：

第一步，确定液体火箭发动机燃烧室内声学振荡模型表达式：液体火箭发动机燃烧室内声学振荡模型包括燃烧室内压力振荡表达式和声学谐频振荡表达式，分别为：

燃烧室内压力振荡表达式为：

声学谐频振荡表达式为：

其中，p′(t)表示燃烧室内压力振荡；p_i(t)表示离算点压力值；表示各离散时间点压力值求和；p₁，p₂，...，p_N表示N阶声学模态振荡；ξ(t)表示燃烧室内固有噪音；表示谐振角频率，表示每阶模态衰减率；f_i(p_j(t)，dp_j(t)/dt，...)为线性和非线性驱动项；Ψ_i(t)表示噪音对振荡驱动力；

第二步，确定声学谐频振荡的简化表达式：由于稳态条件下压力振幅小，因此忽略非线性项影响，将燃烧室内不稳定热释放影响归结到有效衰减项和频率项，这里的有效衰减项和频率项均包括不稳定热释放影响；声学谐频振荡的简化表达式为：

第三步，确定假定为白噪声，应用维纳-辛钦理论，p_i(t)的自相关计算可以表述为：其中，r_τ表示自相关值；

第四步，自相关计算公式；将第三步中求得的的自相关计算表达式转化为数字表达式即得到步骤2中的自相关计算公式。