[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

说明书

本发明公开了基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，其包括首先对燃烧室脉动压力信号进行滤波，分离出每阶模态压力振荡并进行自相关计算，其次对自相关结果进行希尔伯特转换得到其外包络线，最后运用最小二乘法拟合外包络线确定发动机一阶模态耗散系数，将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。本发明能在不施加外力干扰条件下对发动机进行不稳定性进行定量预测与评定。

技术领域

本发明涉及一种液体火箭发动机研究领域，特别是一种基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法。

背景技术

液体火箭发动机不稳定燃烧可导致发动机瞬间破坏，研制期间需要对发动机的稳定裕度进行评定。

目前，对发动机的稳定裕度的评定方法，主要有如下几种。

1.自发不稳定评定方法

自发不稳定评定方法是通过自发不稳定出现次数的概率来评定不稳定性，需要进行多次试验，时间和资金成本较大。

2.有限扰动不稳定方法

有限扰动不稳定方法是通过对发动机进行有限外力扰动激发高幅度压力振荡，按照压力振荡衰减率确定稳定裕度。压力振荡衰减越快，发动机越稳定，反之，发动机处于不稳定边缘。这种方法优点是能够控制扰动的时间、位置和扰动能量。外力扰动措施主要有爆炸弹，脉冲枪和定向气流。爆炸弹设置在燃烧室内壁面，通过爆炸压力波激发燃烧室内压力扰动。脉冲枪和定向气流通过燃烧室侧壁孔对燃烧室内燃烧流场进行扰动。

有限扰动不稳定方法不足是不能实时监控发动机不稳定性，即不能对工作状态发动机的不稳定进行实时评估。无法对稳定状态发动机距离不稳定的程度进行评定。

3.运用缩比发动机对不稳定进行评定

运用缩比发动机对不稳定进行评定，是通过改变发动机不同参数的组合，最终确定哪一种参数具有最高稳定裕度，绘制成稳定极限图，为全尺寸发动机设计提供参考。Crocco采用这种方法研究发现燃烧室长度和混合比对稳定性的影响最大。近年来，俄罗斯、韩国应用此方法评估了不同类型喷嘴对不稳定性影响。中国的张蒙正等采用脉冲枪对某型液体火箭发动机燃烧不稳定性进行了鉴定。丁兆波等运用入口扰动模型对某发动机的稳定裕度进行了研究。王枫，李龙飞等利用缩比燃烧室评估了喷嘴构型对不稳定性的影响。

缩比发动机对不稳定进行评定的不足是不能实时监控工作的发动机的不稳定性，本文方法通过实施监控发动机燃烧室内压力脉动，可以对工作的发动机进行实时不稳定评定。即可以对稳定状态发动机距离不稳定的程度进行评定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，该基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法能在不施加外力干扰条件下对工作的发动机进行不稳定性评定。

一种基于自相关理论的发动机不稳定预测和评定方法，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为自先关值。