冲压发动机冷却油超温处理方法与流程

本发明涉及一种发动机冷却油超温处理方法，特别涉及一种冲压发动机冷却油超温处理方法。

背景技术：

冲压发动机是一种依靠高速迎面空气流的减速增压作用进行工作的空气喷气发动机，其构造简单，没有像涡轮喷气发动机的压气机和涡轮那样的复杂转动部件，进入发动机的空气压缩是靠高速气流的滞止(冲压增压)来获得的。高强度的飞行任务要求和高性能的发动机，必然导致控制系统的工作环境恶化。持续的高超声速飞行和更高的发动机工作温度将使得发动机控制器的部分执行机构的工作环境温度高达650℃以上，对发动机结构和控制器的电子元件都会产生交大影响。因此，冲压发动机的热防护技术是是影响其性能的关键点。

为了解决超燃冲压发动机工作在高速、高温、高强度燃烧的极端热物理条件下热载荷过大的问题，以冷却油的进行主动冷却是当前主要采用的一种种术手段。主动冷却技术是指采用碳氢燃油作为冷却剂，燃油在管道内对发动机壁面进行冷却，油温升高后再喷入燃烧室中，高温燃油被添加进燃烧室。通过燃油的循环带走热量，有利于增加发动机的运行时间，形成热交换，提高了燃油的利用率。

技术实现要素：

为了克服现有冲压发动机热载荷大的不足，本发明提供一种冲压发动机冷却油超温处理方法。该方法充分利用主动冷却的方式，在发动机运行的各个阶段，对飞行器的马赫数、攻角和发动机的各部分进行温度、压力等数据的进行实时监测。按照飞行器马赫数的不同，对发动机设置不同的工作时序。不同的马赫数，对应的燃料供应量及燃料的喷注位置不同。根据发动机的运行阶段，实时监测发动机内各部分的状态，判断冷却油是否超过温度阈值。如果发生冷却油超温故障，执行故障保护策略，提高发动机运行性能。发动机点火后，实时检测发动机各部分的的温度，当温度超过设定阈值时，执行对应的匹配的故障保护时序，保证发动机稳定运行，防止热载荷过大引起更为严重的故障。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种冲压发动机冷却油超温处理方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、发动机运行后，温度传感器监测取出冷却油流道内的温度，数字电子控制器读取温度传感器的数值，对温度数值进行滤波处理；

步骤二、控制器将测量的温度值与限定值进行比较。如果判定时间内出现测量值大于限定值的次数达到额定数量，则认为发生冷却油超温故障。根据发动机处于不同的阶段，采取相应的故障保护措施。如果判定时间内出现测量值大于限定值的次数未达到额定数量，则认为发生冷却油温正常，故障消除。

步骤三、先判断发动机运行的阶段，根据不同的时序阶段执行不同的故障保护策略。

步骤四、当发动机运行在起动阶段和点火阶段的前一段时间内，当发生冷却油超温故障时，不进行任何操作。当发动机运行在点火阶段的后一段时间和稳态阶段时，执行一定周期增加当量比操作，增加相应的燃油流量只到燃油流量的上限，按上限流量进行供油。

步骤五、当故障消失时，恢复故障发生前的当量比以及相应的燃油流量。

本发明的有益效果是：该方法充分利用主动冷却的方式，在发动机运行的各个阶段，对飞行器的马赫数、攻角和发动机的各部分进行温度、压力等数据的进行实时监测。按照飞行器马赫数的不同，对发动机设置不同的工作时序。不同的马赫数，对应的燃料供应量及燃料的喷注位置不同。根据发动机的运行阶段，实时监测发动机内各部分的状态，判断冷却油是否超过温度阈值。如果发生冷却油超温故障，执行故障保护策略，提高发动机运行性能。发动机点火后，实时检测发动机各部分的的温度，当温度超过设定阈值时，执行对应的匹配的故障保护时序，保证发动机稳定运行，防止热载荷过大引起更为严重的故障。

具体的，根据发动机运行阶段的不同，执行不同的阶段的时序，对发动机进行主动冷却，保护发动机不被高温破坏，延长发动机工作时间。

适时监测发动机状态，根据发动机冷却油流道内的温度，判断发动机是否发生冷却油超温故障。

当发生冷却油超温故障时，通过增加当量比进行故障保护。还能保证燃油预热，提高燃油的燃烧效率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明冲压发动机冷却油超温处理方法的流程图。

图2是本发明方法中冲压发动机时序图。

图3是本发明方法实施例中冷却油温度和发动机时序曲线。

图4是本发明方法实施例中燃油流量和发动机时序曲线。

具体实施方式

参照图1-4。

发动机配备一个数字电子控制器(eddc)，控制器能够存储、执行发动机工作的时序。发动机中各部分安装有温度传感器、压力传感器，飞行器机身上安装有测量飞行器飞行马赫数的测速传感器。

发动机工作前，针对不同的马赫数，在控制器中分别存储其对应的工作时序，时序包括：起动阶段时序、点火阶段时序、稳态阶段时序。发动机运行后，首先执行起动阶段时序，随后在需要执行点火操作时，按照飞行器的马赫数，执行对应的点火阶段时序。点火阶段时序结束后执行稳态时序。发动机在不同阶段运行时，各燃料喷嘴的开启/关闭，喷注燃料的多少，完全按照控制器中设火时序工作。在整体运行过程中，控制器实时检测的燃烧室内温度和冷却油流道内的温度，判断发动机是否发生超温故障。如果发生冷却油超温故障，则执行保护操作，防止发动机整体温度过高。

下面详细阐述本发明的时序运行、冷却油超温故障判断、故障保护策略流程。

发动机工作时序如下：

一、发动机工作前，将起动时序、点火时序、稳态时序存入数字电子控制器(eddc)中。针对不同的马赫数，在发动机控制器内分别设置各马赫数对应的点火阶段时序。时序中的内容包括：燃料喷嘴的动作(开启/关闭)，燃料喷嘴动作的相对时间，燃油喷嘴喷注的燃料量；

二、发动机运行后首先进入起动阶段时序。随后在需要进行点火操作前，控制器读取飞行器机身上测速传感器测量的飞行器马赫数，依据马赫数选择对应的点火时序。

三、控制器执行点火时序中的内容，打开对应燃料喷嘴、喷注相应的燃料，实现点火。

四、点火时序结束后执行稳态阶段时序，调整燃料喷嘴和燃油流量。

本发明冲压发动机冷却油超温处理方法具体步骤如下：

步骤1：对系统各模块进行初始化，对系统控制软件进行初始化，对adc采样芯片进行初始化；

步骤2：发动机运行后，冷却油流道内的两个温度传感器t1、t2，监测冷却油的温度，adc采集芯片采集温度传感器的温度，送入控制芯片fpga，对温度数值进行滤波处理。每5ms从t1、t2处读取温度传感器测的燃烧室温度，并采用中位值滤波法对t1、t2滤波，得到测量值t1_filter和t2_filter。

温度传感器t1、t2测量值的有效范围均为：-80～1000℃，测量值超过有效范围则认为温度传感器故障。舍弃其测量值为保证控制器读取温度的可靠性，对测量值进行有效性判断。

步骤3：数字控制器每5ms对传感器的测量数据进行一次判断。将测量值t1_filter和t2_filter与限定值t1_limit和t2_limit进行比较。如果500ms内一个传感器处出现故障的次数超过30次，则认为该传感器处发生了冷却油超温故障。当两个温传感器的判断结果中，都发生了冷却油超温故障时；或者在一个传感器故障的情况下，另一个传感器判断发生了冷却油超温故障时，控制器认定发动机发生了冷却油超温故障，向控制系统发送冷却油超温故障码(0x0011)；否则，发送冷却油温正常状态码(0x0000)。

步骤4：先判断发动机运行的阶段，根据不同的时序阶段执行不同的故障保护策略。

步骤5：当发动机运行在起动阶段和点火阶段的前一段时间内，当发生冷却油超温故障时，不进行任何操作。当发动机运行在点火阶段的后一段时间和稳态阶段时，执行一定周期增加燃油当量比的操作，增加相应的燃油流量只到燃油流量的上限，按上限流量进行供油。

步骤6：当故障消失时，恢复故障发生前的当量比，以及相应的燃油流量。

以下对本发明的优选实施例进行说明，整个过程如图3和图4所示。

1)第203.95s监测到冷却油温达到713℃，系统判定发生发动机超温故障(与流量计故障叠加)；

2)第204.45s预定策略将指令流量从0.548kg/s提高到0.602kg/s(增加10％)，此时，冷却油温达到761℃；同时按流量开环模式进行燃油泵转速控制，并根据反馈转速预测实际流量的大小；

3)第205.35s，按预定策略再次将指令流量提高到0.662kg/s(增加10％)，指令转速相应提升；

4)第205.95s，按预定策略再次将指令流量提高到0.728kg/s(增加10％)，指令转速继续提升；

5)第206.75s按预定策略将指令流量从0.728kg/s提高到0.801kg/s(增加10％),指令转速继续提升，但根据反馈转速预测的实际流量达到1kg/s的限制要求，与指令流量偏差加大；

6)第206.75s按预定策略再次将指令流量提高到0.881kg/s(增加10％)。

7)第207.75s监测到冷却油温降低到700℃，撤销冷却油超温故障，指令流量从0.881kg/s直接恢复到原设定状态0.548kg/s。