【摘要】：渦輪基組合推進(jìn)系統(tǒng)因其工作包線寬廣,性能優(yōu)異等,被認(rèn)為是兩級(jí)入軌運(yùn)載器的第一級(jí)動(dòng)力裝置的最優(yōu)選擇,同時(shí)也是下一代自然吸氣推進(jìn)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向,備受國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)重視。本文的工作主要是建立串聯(lián)式渦輪基組合推進(jìn)系統(tǒng)數(shù)值模型,對(duì)其不同工作模式的工作特性進(jìn)行分析,具體包括:首先,建立進(jìn)氣道/串聯(lián)式渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)一體化數(shù)值仿真模型。采用“平衡法”建立部件間共同工作關(guān)系,研究了非線性方程組數(shù)值解法,基于混合Newton-逆Broyden方法求解部件共同工作方程組,在保證求解精度的同時(shí)降低了計(jì)算復(fù)雜度。其次,研究了組合推進(jìn)系統(tǒng)渦輪模式的起動(dòng)問(wèn)題,包括地面起動(dòng)、風(fēng)車起動(dòng)和空中靜止起動(dòng)�；趲缀蜗嗨茢U(kuò)展部件工作特性,使用“平衡法”建立部件間流量連續(xù)條件,開(kāi)展了起動(dòng)過(guò)程仿真。再次,對(duì)組合推進(jìn)系統(tǒng)的工作特性進(jìn)行分析,根據(jù)沖壓模式耗油率與渦輪基模式耗油率的對(duì)比,確定組合推進(jìn)系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換的工作點(diǎn)。同時(shí),根據(jù)轉(zhuǎn)換要求,制定了轉(zhuǎn)換控制計(jì)劃,為組合推進(jìn)系統(tǒng)在不同工作模式間的平穩(wěn)過(guò)渡提供保障。最后,研究了組合推進(jìn)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題。根據(jù)其工作模式,初步劃分為五類:起動(dòng)、中間、加力、沖壓及轉(zhuǎn)換控制。采用增廣線性二次型控制算法,并基于差分進(jìn)化算法優(yōu)化權(quán)重矩陣Q、R,使設(shè)計(jì)的控制器滿足性能指標(biāo)。采用比例-積分控制器對(duì)組合推進(jìn)系統(tǒng)的起動(dòng)及加力點(diǎn)火過(guò)程進(jìn)行控制。論文通過(guò)仿真驗(yàn)證了控制方法的可行性。
【圖文】：

1.1 研究背景及意義從 1903 年萊特兄弟實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代飛行，人類對(duì)航空的需求日益增加。尤其是 20 世紀(jì)末至21 世紀(jì)初期的空間探索的進(jìn)步，使得人們開(kāi)始思考如何發(fā)展低成本的太空運(yùn)送設(shè)備。同時(shí)，在相關(guān)軍事概念的發(fā)展中，高超聲速武器裝備也成為近年的熱點(diǎn)概念裝備，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等都有相關(guān)裝備的研發(fā)計(jì)劃[1]。不論是空天往返飛行器還是各種高超聲速飛行器的概念發(fā)展中，無(wú)法避免的是設(shè)計(jì)的驗(yàn)證飛行器都需要輔助啟動(dòng)，由輔助裝置將其投送到達(dá)設(shè)計(jì)工作區(qū)域后，才能進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。因此，發(fā)展一套可自啟動(dòng)，且能將飛行器送至設(shè)計(jì)工作區(qū)域的高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)是目前的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一[2,3]。目前在人類已成熟掌握的航空自吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)中，渦輪基推進(jìn)系統(tǒng)一般工作于 0~3Ma，亞燃沖壓推進(jìn)系統(tǒng)一般工作于 2~6 Ma，超燃沖壓推進(jìn)系統(tǒng)則一般大于 6 Ma[4,5]。圖 1.1和圖 1.2 示出了各種典型類型的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油比沖 If和單位燃油消耗量 SFC 隨飛行馬赫數(shù) Ma變化的典型曲線圖[5]。從圖 1.1 和圖 1.2 中可知，要實(shí)現(xiàn)從地面靜止啟動(dòng)到高超聲速飛行，僅依靠單一類型發(fā)動(dòng)機(jī)是無(wú)法滿足使用需求的。因此，，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者和機(jī)構(gòu)均提出使用組合動(dòng)力作為高超聲速飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)[1,6,7]。

1.1 研究背景及意義從 1903 年萊特兄弟實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代飛行，人類對(duì)航空的需求日益增加。尤其是 20 世紀(jì)末至21 世紀(jì)初期的空間探索的進(jìn)步，使得人們開(kāi)始思考如何發(fā)展低成本的太空運(yùn)送設(shè)備。同時(shí)，在相關(guān)軍事概念的發(fā)展中，高超聲速武器裝備也成為近年的熱點(diǎn)概念裝備，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等都有相關(guān)裝備的研發(fā)計(jì)劃[1]。不論是空天往返飛行器還是各種高超聲速飛行器的概念發(fā)展中，無(wú)法避免的是設(shè)計(jì)的驗(yàn)證飛行器都需要輔助啟動(dòng)，由輔助裝置將其投送到達(dá)設(shè)計(jì)工作區(qū)域后，才能進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。因此，發(fā)展一套可自啟動(dòng)，且能將飛行器送至設(shè)計(jì)工作區(qū)域的高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)是目前的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一[2,3]。目前在人類已成熟掌握的航空自吸氣式推進(jìn)系統(tǒng)中，渦輪基推進(jìn)系統(tǒng)一般工作于 0~3Ma，亞燃沖壓推進(jìn)系統(tǒng)一般工作于 2~6 Ma，超燃沖壓推進(jìn)系統(tǒng)則一般大于 6 Ma[4,5]。圖 1.1和圖 1.2 示出了各種典型類型的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油比沖 If和單位燃油消耗量 SFC 隨飛行馬赫數(shù) Ma變化的典型曲線圖[5]。從圖 1.1 和圖 1.2 中可知，要實(shí)現(xiàn)從地面靜止啟動(dòng)到高超聲速飛行，僅依靠單一類型發(fā)動(dòng)機(jī)是無(wú)法滿足使用需求的。因此，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者和機(jī)構(gòu)均提出使用組合動(dòng)力作為高超聲速飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)[1,6,7]。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V438

【參考文獻(xiàn)】

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10 張華軍;郭榮偉;李博;;TBCC進(jìn)氣道研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

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本文編號(hào)：2629303