[发明专利]一种燃烧室燃烧不稳定的在线预测方法

说明书

本发明提供一种燃烧室燃烧不稳定的在线预测方法，解决现有方法对随机燃烧不稳定难以在线预测的问题。该方法包括：实时监测燃烧室压力脉动时间序列；去除压力脉动时间序列中的趋势；采用滚动窗口方法计算压力脉动时间序列的延迟为1自相关系数；计算延迟为1自相关系数的Kendall秩相关系数；基于Kendall秩相关系数对燃烧室内脉动压力脉动时间序列的发展进行在线预测。本发明方法能够提前预测燃烧室内即将发生的燃烧不稳定现象，进而通过适当的方法进行控制。

技术领域

本发明属于航空航天推进系统领域，具体涉及一种燃烧室燃烧不稳定的在线预测方法。

背景技术

在液体火箭发动机研制过程中，在燃烧室经常会观察到随机燃烧不稳定现象，即燃烧室内随机地出现自发的大幅值压力振荡。随机不稳定的一个特点是难以复现，即使在同一台燃烧室中采用相同的工况进行测试，这给燃烧室的稳定工作带来了潜在的安全风险，因此对其进行在线预测具有重要的理论和工程意义。

宽频低幅值燃烧噪声会触发燃烧不稳定，目前认为是发动机出现随机不稳定的机理。从非线性动力系统角度看，发动机中的燃烧不稳定是通过霍普夫分叉产生的，包括亚临界和超临界分叉，亚临界存在双稳定区。燃烧室处于双稳定区时，有限幅值的扰动和宽频低幅值噪声均可以触发燃烧不稳定。

对噪声触发燃烧不稳定的在线预测方法目前未见文献报道。与之相关的内容为：文献Scheffer,M.,Bascompte,J.,Brock,W.A.,Brovkin,V.,Carpenter,S.R.,Dakos,V.,Held,H.,van Nes,E.H.,Rietkerk,M.,and Sugihara,G.,2009,“Early-Warning Signalsfor Critical Transitions,”Nature,461(7260),pp.53–59.和文献Dakos,V.,Carpenter,S.R.,Brock,W.A.,Ellison,A.M.,Guttal,V.,Ives,A.R.,Kefi,S.,Livina,V.,Seekell,D.A.,van Nes,E.H.,and Scheffer,M.,2012,“Methods for Detecting Early Warningsof Critical Transitions in Time Series Illustrated Using Simulated EcologicalData,”PLoS One,7(7),p.e41010。上述两个文献提出了临界慢化理论，即对于多数非线性系统，当系统接近分叉点时，系统对扰动的恢复率降低，同时发展了多种参数来预测临界转变(分叉)，包括恢复率降低、自相关系数、方差和条件异方差增加等。

文献Gopalakrishnan,E.A.,Sharma,Y.,John,T.,Dutta,P.S.,and Sujith,R.I.,2016,“Early Warning Signals for Critical Transitions in a ThermoacousticSystem,”Sci.Rep.,6(1),p.35310中分析发现方差和条件异方差可以作为热声不稳定预警信号(缓慢改变控制参数引起的不稳定，非噪声触发不稳定)，同时，延迟为1的自相关系数在噪声环境下鲁棒性较差。