[发明专利]基于离子电流的脉冲爆震发动机高温压力测量法及传感器

说明书

技术领域

本发明设计的是一种用于脉冲爆震发动机高温环境下的压力测量方法及传感器，属于压力测量技术领域。

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulsed Detonation Engine——简称PDE)是一种利用周期性间歇式或脉冲式爆震波发出的冲量产生推力的非稳态新型推力转置爆震波本质上由激波和燃烧波组成，激波对气体的压缩作用，使得脉冲爆震发动机中不需要传统发动机中的压气机等旋转部件，从而大大简化了发动机结构，减轻了重量，提高了推重比(＞20)。脉冲爆震发动机的燃烧过程近似为等容过程，热循环效率高，耗油率低。脉冲爆震发动机的工作范围广，可以在Ma＝0～10，飞行高度H＝0～50km的包线范围内工作。推力可以在5N～49kN的范围内调节。与常规冲压式发动机不同，脉冲爆震发动机可以在地面静止状态起动。脉冲爆震发动机可使用空气中的氧气作为氧化剂，也可自带氧化剂，因而可以分为吸气式脉冲爆震发动机(脉冲爆震发动机)和脉冲爆震火箭发动机(PDRE)。将两者结合可以实现空天往返飞行。脉冲爆震发动机为间歇式循环进气燃烧，燃烧室壁温不高，燃烧火焰以亚音速传播，其压力不高，所以可采用普通材料，制造成本较低。爆震燃烧速度快，效率高，燃烧产物在高温区停留的时间短，污染物少。基于脉冲爆震发动机的特点，它不仅可以作为独立的动力装置，同时还可以利用爆震燃烧构成外涵脉冲爆震发动机涡扇发动机、脉冲爆震发动机加力燃烧室，基于脉冲爆震发动机的混合循环和组合循环发动机，应用于无人机、靶机、战斗机、高超声速隐身侦察机、战略轰炸机、远程导弹、航天飞机等。脉冲爆震发动机已作为新概念发动机登上历史舞台，并已成为国际航空航天推进系统研究的热点

爆震发动机中的工况十分恶劣，瞬态的工作温度高达2800K，可燃的混合气体具有很强的腐蚀性，同时现有的爆震波频率能够达到一百赫兹，因此在爆震燃烧室周期的高温环境中需要耐高温、耐疲劳和耐腐蚀的压力传感器。已有的脉冲爆震发动机管内压力测量方法有两种。其一，采用高频响压力传感器进行测量。这种方法精度高，但是这种压阻式传感器在高达2800K的温度下工作，不仅需要用绝热材料来保护，还要用冷却液进行降温。一方面，绝热材料的将减弱压力值，降低传感器的灵敏度，而且由于材料特性和制造工艺等方面的原因使得测量值的修正较难。因而测得的压力只能作为定性的分析，而难以作为定量计算。另一方面，冷却过程中，高温环境下冷却液不断蒸发，需要不断补充。对于今后脉冲爆震发动机作为推进系统而言，这种方法是不切实际的。其二，采用双极式的离子探针进行测量。这种方法能够满足爆震波测量要求，但是探针两极细短，极间距离较近，在连续爆震情况下，两极容易受爆震波冲击而接触导通，或者由于长期工作而产生积碳导通。

发明内容

本发明的目的旨在利用爆震波的结构特点，提出一种测量脉冲爆震发动机高温环境下的压力测量方法、压力测量传感器，同时还提出了测量电路。该方法简单方便，传感器简单可靠，安装方便，测量电路简单易行，抗干扰能力强，压力测量可靠，精度高，设备成本低廉。

本发明的技术解决方案：基于离子电流的脉冲爆震发动机高温测量方法，其特征是在脉冲爆震发动机燃烧时，爆震波中感应区存在大量自由电子和离子，采用离子，并在其两极施加一个稳定的偏置电压，在测量电路中形成持续的离子电流，该离子电流衰减速度与爆震管内的压力存在线性关系，其具体关系是P=k∂I∂t+C,]]>其中P是爆震管内压力，是离子电流的衰减速度，k和C是系数。由此，根据离子电流衰减速度获得爆震管内压力大小。

基于离子电流的脉冲爆震发动机高温压力传感器，其结构是阳极插入在高温陶瓷绝缘管中，然后一起插入在螺帽之中。螺帽上是硅胶密封层，在阳极和螺帽间直接施加一个稳定电源，阳极与稳压电源的正极相接，螺帽通过电阻与稳压电源的负极相接。

所述的阳极是一根直径2.5mm的硬质合金丝，所述的支座为铁质六角螺母，既作为支座安装在脉冲爆震发动机管壁上，又作为传感器的阴极。