全面介绍脉冲爆震发动机的控制系统
一、点火控制 脉冲爆震发动机的点火系统是整个控制系统的一个基础系统。它不仅给系统提供点火能量，同时控制着系统的基础节律。接点火方式点火控制可以分为火花塞点火和预爆震管点火两种方法。对于火花塞点火方式下的点火系统包括点火频率的控制，点火强度的控制，点火波形相位的控制，点火波形占空比的控制。在目前的试验系统中，采用电火花塞为控制执行机构，通过对频率波形发生器的设置，产生需要的频率波形，然后通过功率放大，驱动火花塞按照既定的工作方式进行点火．预爆震管点火方式是以火花塞点燃小爆震管，再由小爆震管引爆大爆震管，在这种方式下，对于点火能量的要求很低，系统电源的负担较小，是一种实用性很强的点火方式，该方式下用于小爆震管的点火方式和上述的火花塞点火方式相同，但是增加了由预爆震管点燃大爆震管的控制，预爆震管的爆震频率和爆震时刻影响着大爆震管的供油和供气的控制，通过对供油和供气节律的控制，当该节律与小爆震管的工作频率相匹配时，大爆震管被正确点火，完成点火的控制。 二、供油控制 目前的供油方式总的来说有两种：一种是用燃油泵提供供油压力；另一种是用气囊提供供油压力。在燃油泵供油方式下，供油控制系统由燃油泵、管路和节流阀组成。燃油泵的控制包括供油压力控制、节流阀控制供油量。在目前的试验系统中，采用比例控制阀作为控制执行机构，用涡轮流量计组成闭环流量控制子系统，按照闭环反馈的控制策略对系统进行调节。调节规律目前采用经典的PID控制方法，在实现中采用调频、调宽的调节方式实现。用气囊提供油压的挤压式供油方式，是用气囊的填充压力作为压力源，控制时采用的方式和燃油泵一样，用闭环流量控制子系统实现对流量的控制。 三、供气控制 两种不同结构的脉冲爆震发动机的供气控能是完全不同的，对于火箭式脉冲爆震发动机其供气控制是采用气阀的方式来实现的，即通过对气阀的调节实现对供气量的控制。对于自吸气的脉冲爆震发动机，其供气控制则采用如下几种方式： (1)冲压的方式：火箭助推后，将飞行器加速到超声速，然后用冲压的方式进气，对气量的控制是通过进气道的结构来实现的。 (3)波转子的方式：该方式是通过在发动机头部加装一个渡转子，通过波转子的转动，带动叶片，从而完成吸气的工作。 在试验系统中，可采用气体阀门作为控制执行机构，同时通过一组控制单元调节阀门的开度。控制方法采用脉冲调宽(PWM)的方法，用步进电机作为驱动机构，实现对气体阀门的控制。 四、发动机壁温控制 脉冲爆震发动机的一个显著特点就是其工作温度比常规的航空发动机低很多，但是在工作时，爆震管的尾段工作温度仍然很高。为保证发动机的结构强度和提高发动机的整体寿命，需要在工作时对脉冲爆震发动机的壁温进行冷却控制。冷却的方法主要有两种： (1)油冷：用燃油流过发动机的壳体，带走发动机的热量，同时可以对燃油进行加温以利于燃油更好地雾化燃烧； (2)空气冷却：就是将大气引入到发动机的壳体，使发动机降温。此外还有将油冷和空气冷却联合起来使用的方法。 五、发动机停车，连续燃烧的自动启动 当发动机在空中飞行时，如果出现空中停车和发动机连续燃烧时，要求发动机可以自动地监测到故障的发生，同时开始空中重新点火，使得发动机继续工作，避免恶性事故的发生。在发动机重新点火的过程中，首先要降低发动机的工作频率，然后按照当时的大气来流条件确定一个最可靠的供油、供气参数，进行发动机的重新点火启动。 六、主控系统设计 由于脉冲爆震发动机是一个复杂的多变量控制系统，所以要求整个控制系统的处理能力在ioMIPS（百万次/秒）以上，同时能够快速地响应中断，保证系统的实时控制能够顺利地完成。该主控系统采用嵌入式控制器作为主控制计算平台，实时操作系统为软件平台。主控系统包括输入系统、计算系统，输出系统、通信系统等。输入系统接收各个传感器的信号，对输入信号进行预处理，还完成对信号的验证和逻辑选择，如果系统是冗余设计的，还要完成信号仲裁，以消除故障传感器的误信号。计算系统包括存储系统、计算单元、接口系统和软件系统。存储系统又包括SRAM和FLASH两个部分，程序存储在FLASH中，程序运行时调人SRAM执行；计算单元是一种嵌入式处理平台，采用的是RISC体系结构，处理能力在20 MIPS以上；接口系统包括串行接口、数字量输入/输出接口和外部总线，便于系统的扩展和使用；软件系统包括实时操作系统和应用软件，操作系统的中断响应时间小于10 ms，应用软件以基于面向对象的方式开发，保证软件的可靠性和安全性。输出系统由运算放大器、伺服放大器和执行设备组成，将指令信号转变成机械信号，完成供油装置、供气装置的驱动，实现稳态、加速、减速等状态的预定控制方案。
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