[发明专利]一种基于单组元燃料的脉冲式仿生动力装置及其控制方法

权利要求书

1.一种脉冲式仿生动力装置控制方法，用于控制基于单组元燃料的脉冲式仿生动力装置，所述基于单组元燃料的脉冲式仿生动力装置包括单组元燃料供给系统和脉冲式反应系统，所述单组元燃料供给系统包括储罐、流量泵，所述脉冲式反应系统包括入口高频开关阀、催化剂床、压力传感器、出口高频开关阀、控制器和喷嘴，所述储罐通过流量泵与催化剂床的入口连接，所述催化剂床的出口与喷嘴连接，催化剂床的入口和出口分别安装有入口高频开关阀和出口高频开关阀，所述催化剂床上安装有监控催化剂床内压力变化的压力传感器，所述压力传感器的信号端与控制器连接，所述控制器的信号端与入口高频开关阀、出口高频开关阀和流量泵连接，所述控制器控制入口高频开关阀和出口高频开关阀的占空比以及流量泵的流量大小，其特征在于：包括如下步骤：

a、前期准备，根据载物的重量设定喷口推力期望值为F_e；选取燃料浓度ψ、燃料摩尔数N、入口高频开关阀的PWM信号频率f₁、催化剂床体积V、出口高频开关阀的PWM信号频率f₂、出口高频开关阀开口半径r_out、喷嘴有效截面积A_t、喷口喷射系数C_d、大气压力P₀、气体密度ρ、理想气体常数R、催化剂床内温度T、入口高频开关阀的PWM信号占空比ξ₁和出口高频开关阀的PWM信号占空比ξ₂；根据下方公式：

F＝P×A_t 公式(1)

将F_e的值代入公式(1)的F中，使用四阶-五阶Runge-Kutta算法的变步长常微分方程数值解法，计算出流量泵期望流量值Q设为Q_e，并将其设定为当前流量泵的流量值；

b、输入阶段，将入口高频开关阀开启，出口高频开关阀关闭；利用压力传感器检测催化剂床内压力为P_a，将P_a的值代入公式(1)的P中，计算得到实际推力F_a；

当喷口推力偏差值ΔF＝|F_a-F_e|大于5％时，将ΔF的值代入公式(1)的F中得到P的值，再带入公式(2)，计算出流量微调量Q设为ΔQ，设定下一个循环的流量泵的优化流量为Q_o＝Q_e±ΔQ；

当喷口推力偏差值ΔF＝|F_a-F_e|小于5％时，将ΔF的值代入公式(1)的F中得到P的值，并将P带入下方公式：

使用四阶-五阶Runge-Kutta算法的变步长常微分方程数值解法，计算出入口高频开关阀占空比微调量ξ₁设为Δξ₁，设定下一个循环的入口高频开关阀优化占空比ξ_1o＝ξ₁±Δξ₁；

c、反应阶段，当催化剂床进入足量燃料后，将入口高频开关阀和出口高频开关阀均关闭进行反应；

d、喷射阶段，当燃料在催化剂作用下反应完成后，开启出口高频开关阀，关闭入口高频开关阀；

e、重复步骤b、c、d，不断修正推力偏差值ΔF，直至喷口推力偏差值ΔF小于1％，然后保持此时流量泵的流量和入口高频开关阀的占空比即可保持喷口推力的稳定。

2.根据权利要求1所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述控制器为PWM控制器。

3.根据权利要求2所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述储罐内的单组元燃料为浓度高于30％的H₂O₂。

4.根据权利要求3所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述流量泵的输出流量为10毫升/秒到200毫升/秒。

5.根据权利要求4所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述入口高频开关阀和出口高频开关阀的频率为1Hz到50Hz。

6.据权利要求5所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述催化剂床内部有效体积为50毫升至500毫升。

7.根据权利要求6所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述催化剂床内使用锰基担载型颗粒状催化剂。

8.根据权利要求7所述的脉冲式仿生动力装置控制方法，其特征在于，所述喷嘴有效截面积为50平方毫米至500平方毫米。