发动机燃烧室燃烧效率测量装置及其测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108645623A(43)申请公布日2018.10.12(21)申请号201810449858.4(22)申请日2018.05.11(71)申请人中国人民解放军战略支援部队航天工程大学地址101416北京市怀柔区八一路1号(72)发明人宋俊玲王广宇饶伟冯高平王明东(74)专利代理机构北京元周律知识产权代理有限公司11540代理人李花(51)Int.Cl.G01M15/04(2006.01)G01M15/05(2006.01)权利要求书2页说明书12页附图3页(54)发明名称发动机燃烧室燃烧效率测量装置及其测量方法(57)摘要本发明公开了一种发动机燃烧室燃烧效率测量方法及其测量装置，该方法包括以下步骤：步骤S100：采用二维重建算法二维分布测量燃烧室中至少两个横截面处流场的温度和组分浓度；步骤S200：通过安装在发动机燃烧室内的多个测速探头组，获取来流的位移光电信号，根据位移光电信号采用多普勒频移测量流场速度；步骤S300：根据流场的温度、组分浓度和流场速度计算燃烧室任意两横截面之间燃烧产物的质量流量差值，根据质量流量差值计算发动机的燃烧效率。该方法适用于测量非均匀流场的测量。本发明的又一方面还提供了该方法用测量装置。CN108645623ACN108645623A权利要求书1/2页1.一种发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：多个温度浓度测量探头组阵列排布于所述燃烧室中至少两个横截面内获取来流二维分布的光电信号，根据所述光电信号采用可调谐半导体激光吸收光谱法，计算所述横截面内流场温度和组分浓度的二维分布；步骤S200：通过安装在所述发动机燃烧室至少两个横截面内的多个测速探头组，获取所述来流的位移光电信号，根据所述位移光电信号采用多普勒频移测量流场速度；步骤S300：根据所述流场的温度、组分浓度和所述流场速度计算所述燃烧室任意两横截面之间燃烧产物的质量流量差值，根据所述质量流量差值计算所述发动机的燃烧效率。2.根据权利要求1所述的发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：步骤S110：多个温度浓度测量探头组阵列排布后将所述横截面f(x,y)离散分割成N个二维网格，并假设在所述二维网格内气体温度、组分浓度、压强保持不变；步骤S120：所述温度浓度测量接收探头获得各所述二维网格内的所述光电信号，按下式计算所述横截面内吸收光谱的吸收面积；式中，α为光谱吸收率信号，P为气体总压，χ为待测气体组分浓度，S(T)为所用谱线ν在温度T时的谱线强度，L为激光束穿过被测流场的长度；步骤S130：求解式(1)得到所述横截面内所述流场温度和所述组分浓度的二维分布；优选的，所述步骤S200包括以下步骤：步骤S210：所述测速探头组包括相互之间光路连接的测速发射探头和测速接收探头，第i组所述测速探头组和第i+1组所述测速探头组相邻并沿所述流场来流方向间隔排布，第i组中所述测速发射探头发射激光被第i+1组中所述测速接收探头接收，第i+1组中所述测速发射探头发射激光被第i组中所述测速接收探头接收，第i组所述测速发射探头发射激光和第i+1组中所述测速发射探头发射激光所成夹角为2θ，i为任意正整数；步骤S220：测量各束所述测速发射探头发射顺来流方向激光束和逆来流方向激光束吸收光谱的中心频率，计算第i组中所述测速发射探头发射激光与第i+1组中所述测速发射探头发射激光的中心频差；步骤S230：根据所述中心频差计算得到第i组所述测速探头处的流场速度，以及第i+1组所述测速探头组处的流场速度；优选的，所述步骤S300包括以下步骤：步骤S310：计算所述燃烧室任两横截面上燃烧产物的质量流量：步骤S320：计算所述燃烧室任两横截面上燃烧产物的质量流量差值，根据式(9)计算燃烧室燃烧效率η：式中，为所述质量流量差值，为燃料全部转化为燃烧产物后的质量流量；优选的，所述燃烧室的至少两个横截面为所述燃烧室的来流端和出气端。3.根据权利要求2所述的发动机燃烧室燃烧效率测量方法，其特征在于，所述式(1)求2CN108645623A权利要求书2/2页解包括离散式(1)后采用代数迭代算法求解的步骤；优选的，所述温度浓度测量探头组包括相互光路连接的温度浓度测量发射探头和温度浓度测量接收探头，所述温度浓度测量发射探头发射激光穿过所述横截面流场后被所述温度浓度测量接收探头接收。4.一种发动机燃烧室燃烧效率的测量装置，其特征在于，包括：激光入射光路、燃烧室和光电信号转换器；所述燃烧室：包括多个测速探头组和多个温度浓度测量探头组；所述测速探头组分别安装于所述燃烧室的至少两个横截面上；所述测速探头组与所述激光入射光路光路连接，并与所述光电信号转换器数据连接；所