[发明专利]一种能同时测量爆震燃烧离子信号和燃烧光信号的感应塞

说明书

本发明公开了一种能同时测量爆震燃烧离子信号和燃烧光信号的感应塞，包括安装座、光信号采集组件和两根离子信号探针；安装座安装在爆震燃烧室的侧壁；其中心同轴设有光信号采集通道，前端和后端各设一个离子信号采集通道；光信号采集通道与其中一个压力传感器均处于垂直于爆震波运动方向的同一截面A；光信号采集组件安装在光信号采集通道中，能够采集途径光信号采集组件的爆震燃烧面的光信号，并记录爆震燃烧面的光信号到达截面A的时刻；每个离子信号采集通道中各设置一根离子信号探针。本发明能根据两根离子信号探针的电流导通信号，判断爆震燃烧速度。还能通过燃烧面的发光信号以及爆震燃烧速度，计算诱导区长度等参数。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，特别是一种能同时测量爆震燃烧离子信号和燃烧光信号的感应塞。

背景技术

以超音速传播的燃烧波称为爆震波，由前导激波及其后跟随的燃烧区耦合组成，其中激波与燃烧面之间压缩燃料的区域为诱导区。爆震波传播速度可达到千米每秒的量级。爆震波是高速高效的燃烧，属于燃烧形式的一种，它能在很短的时间内释放更多的能量，基于这种优势，爆震发动机现在已经成为了一大研究领域，在各类热能动力装置，尤其是航空航天领域有广阔的应用前景。

物质发生爆震燃烧过程中，化学反应中间过程会产生带电基团，也就是带电离子。将外部偏置一定电压的短间距电极对置入燃烧装置中，火焰到达电极对是会使电极导通有所出信号。根据燃烧火焰在接触测量电极时刻的离子电流信号值，尤其是其到达时刻，结合电极的布设间距可以对不同工况下可燃混合物的平均火焰传播速度进行计算。这已经成为燃烧火焰测速尤其是爆震燃烧火焰测速中的一项重要技术，也俗称离子探针技术。

在爆震波的实验研究测量中，对于爆震波结构的实验解析具有重要价值和重大意义。对于爆震波结构的解析首要问题就是搞清楚激波面和燃烧区（火焰面）达到的时刻，从而通过速度和激波与燃烧面耦合状态判断燃烧过程是否达到以爆震速度传播的爆震状态。通常在速度测量过程中，是由高频压力传感器所记录，获得爆震燃烧的压力信号，而且通过测量两支传感器的间隔，也可以得到由激波前行速度推导的爆震波速度。但在传感器使用过程中，与流场接触会对流场造成一定的干扰，且有冲击及燃烧损坏等问题，使用成本高昂（通常一支在上万元），不适于大规模测量燃烧波的区间传播速度，且有密封等问题。

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，而提供一种能同时测量爆震燃烧离子信号和燃烧光信号的感应塞，该能同时测量爆震燃烧离子信号和燃烧光信号的感应塞能基于爆震燃烧激波面与燃烧区相互耦合的特性，二者的间隔距离也即诱导区厚度通常在毫米量级，也即爆震燃烧产生的压力信号与离子信号、光信号近似同时到达。通过记录燃烧区离子电流导通或燃烧面的发光信号也可以替代压力传感器的用途判断火焰的传播速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种能同时测量爆震燃烧离子信号和燃烧光信号的感应塞，包括安装座、光信号采集组件和两根离子信号探针。

爆震燃烧室的侧壁上至少安装有一个压力传感器。

安装座安装在爆震燃烧室的侧壁。

安装座的中心同轴设置有光信号采集通道，光信号采用通道的前端和后端各设置一个离子信号采集通道。光信号采集通道与其中一个压力传感器的中心位置均处于垂直于爆震波运动方向的同一截面A。

光信号采集组件安装在光信号采集通道中，能够采集途径光信号采集组件的爆震燃烧面的光信号，并记录爆震燃烧面的光信号到达截面A的时刻t₁。

每个离子信号采集通道中各设置一根离子信号探针，两根离子信号探针的采集端均位于爆震燃烧室内。根据两根离子信号探针的电流导通信号，判断爆震燃烧速度V。

截面A中压力传感器能够采集爆震燃烧的激波面到达截面A的时刻t₂，结合爆震燃烧速度V，则能计算得到激波面与燃烧面间的诱导区长度L，具体计算公式为：