基于SiC光电二极管火焰探测传感器的主动燃烧振荡控制研究

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主动燃烧控制(ACC)技术能够提高燃烧室性能、降低排气污染、减少燃烧室振荡、延长燃烧室寿命,是新一代航空发动机的关键技术之一。本文研究一种基于碳化硅(SiC)紫外光电二极管的新型火焰探测传感器,并在燃烧振荡主动控制系统中加以应用。
  (1)基于碳化硅光电二极管设计新型火焰探测传感器。一是针对碳化硅紫外光电传感器特性设计一种具有快速、可靠和准确的信号调理单元,其理论带宽可达1000Hz,增益可达到200dB。二是设计一种基于FPGA芯片的正弦信号数字滤波器,用以在强干扰条件下针对燃烧振荡的特征频率及其相位进行有效提取。
  (2)燃烧振荡试验系统建模与仿真。基于Matlab/Simulink搭建燃烧振荡试验系统模型,包含燃烧振荡模型、高速电磁阀模型以及预混腔的微分方程模型。根据瑞利准则验证了模型的燃烧不稳定工况。进一步设计了基于扬声器的比例式和基于高速电磁阀的相位延时式燃烧振荡主动控制器,仿真试验验证了主动控制器在较强干扰下的有效性。
  (3)主动燃烧振荡控制试验。搭建一套由气路及其执行机构、燃烧振荡单元、控制器三个部分组成的主动燃烧振荡控制试验系统,采用碳化硅二极管火焰探测传感器对燃烧振荡特征进行探测。该燃烧振荡单元以丙烷作为燃料,能够在贫油燃烧工况下激励出燃烧振荡现象。分别验证采用比例控制器与相位延时控制器对于燃烧振荡主动控制的效果,其中,以扬声器为执行机构可抑制振荡幅度22.0dB,以开关阀为执行机构可抑制振荡幅度2.95dB。
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