自從高超聲速飛行概念被提出以來(lái),在航空航天領(lǐng)域研究中以沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的吸氣式高超聲速飛行器一直占有重要地位。經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,吸氣式高超聲速飛行器仍面臨許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,其中就包括主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制問(wèn)題和飛/推一體化控制問(wèn)題。高超聲速飛行器一體化設(shè)計(jì)的本質(zhì)決定了其需要進(jìn)行一體化控制,同時(shí),主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為高超聲速飛行器長(zhǎng)時(shí)間巡航的實(shí)現(xiàn)提供了可能性,而將主動(dòng)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)控制考慮進(jìn)一體化控制中的研究少之又少。因此,將兩者結(jié)合考慮就得出了本課題的主要研究?jī)?nèi)容,即考慮主動(dòng)冷卻的飛/推一體化控制,之前的一體化控制研究中大多都是考慮無(wú)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī),本課題在該基礎(chǔ)上更進(jìn)一步,采用一維主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型來(lái)進(jìn)行飛/推一體化控制的研究,探究主動(dòng)冷卻在一體化控制下的特殊性。首先,建立了可以精確反映飛行器整體特性和主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)安全特性的飛/推一體化模型。分析了一體化控制的模型需求并給出了本研究所采用的飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)模型,對(duì)飛行器模型和發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行了特性分析,得到了主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度特性和冷卻油溫特性,并分析了飛/推耦合機(jī)理,在此基礎(chǔ)上連接飛行器模型和發(fā)動(dòng)機(jī)模型,建立了具有主動(dòng)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)安全特性的飛/推一體化模型。其次,分析了高超聲速飛行器和主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)之間的耦合特性。探討了飛行器姿態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)之間的相互影響,分析了耦合特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響,包括對(duì)進(jìn)氣道性能和發(fā)動(dòng)機(jī)推力輸出性能的影響,分析了耦合特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全的影響,包括對(duì)進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度和冷卻通道油溫的影響。再次,在飛/推一體化視角下對(duì)主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)超溫問(wèn)題進(jìn)行了研究,尤其是對(duì)超溫所引起的飛行器“越飛越快”問(wèn)題開展研究。首先在發(fā)動(dòng)機(jī)開環(huán)控制條件下探討調(diào)整飛行軌跡對(duì)冷卻油溫的影響。之后仿真復(fù)現(xiàn)了超溫導(dǎo)致的飛行器“越飛越快”現(xiàn)象,并仿真驗(yàn)證了兩種解決方案,一種是調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)供油策略,即拋油方案;另一種是改變飛行軌跡方案,在第二種方案種探討了改變飛行軌跡降低氣動(dòng)熱載荷以解決超溫問(wèn)題的可能性,最終得出了改變飛行軌跡,以在低空實(shí)現(xiàn)推阻平衡方案。最后,考慮飛/推一體化系統(tǒng)的性能和安全需求,進(jìn)行了高超聲速飛行器/主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)一體化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。設(shè)計(jì)了飛行器LQR控制器并設(shè)計(jì)了飛/推一體化控制回路,通過(guò)與無(wú)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比,得出一體化控制中考慮主動(dòng)冷卻的必要性以及主動(dòng)冷卻為一體化控制帶來(lái)的特殊性。最后進(jìn)行了低Ma下進(jìn)氣道裕度保護(hù)與推力切換控制仿真分析和高M(jìn)a下超溫保護(hù)與推力切換控制仿真分析,結(jié)果表明,控制器控制效果良好,一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、有效。

 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校

 

【文章頁(yè)數(shù)】：92 頁(yè)

 

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

 

文章目錄

摘要

Abstract

第1章 緒論

    1.1 課題研究背景和意義

    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

        1.2.1 主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制研究現(xiàn)狀

        1.2.2 高超聲速飛行器/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化模型研究現(xiàn)狀

        1.2.3 高超聲速飛行器/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化控制研究現(xiàn)狀

    1.3 本文要解決的問(wèn)題

    1.4 論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排

第2章 高超聲速飛行器/主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)一體化建模

    2.1 引言

    2.2 考慮主動(dòng)冷卻的飛/推一體化控制模型需求分析

        2.2.1 對(duì)主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型的需求分析

        2.2.2 對(duì)吸氣式高超聲速飛行器模型需求分析

    2.3 考慮主動(dòng)冷卻的飛/推一體化模型結(jié)構(gòu)

        2.3.1 吸氣式高超聲速飛行器模型

        2.3.2 主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)模型

        2.3.3 主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度特性分析

        2.3.4 主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻油溫特性分析

    2.4 飛/推耦合機(jī)理分析及一體化模型的建立

    2.5 本章小結(jié)

第3章 高超聲速飛行器/主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)耦合特性分析

    3.1 引言

    3.2 飛行器姿態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)之間的相互影響

        3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)對(duì)飛行器姿態(tài)的影響

        3.2.2 飛行器姿態(tài)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的影響

    3.3 耦合特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

        3.3.1 耦合特性對(duì)進(jìn)氣道性能的影響

        3.3.2 耦合特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

    3.4 耦合特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全的影響

        3.4.1 耦合特特性對(duì)進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度的影響

        3.4.2 耦合特性對(duì)冷卻通道油溫的影響

    3.5 本章小結(jié)

第4章 飛/推一體化視角下主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)超溫問(wèn)題研究

    4.1 引言

    4.2 調(diào)整飛行軌跡對(duì)冷卻油溫的影響研究

        4.2.1 燃油當(dāng)量比固定情況下的仿真分析

        4.2.2 燃油流量固定情況下的仿真分析

    4.3 高M(jìn)a下高超聲速飛行器“越飛越快”現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)

        4.3.1 加速飛行時(shí)的“越飛越快”現(xiàn)象

        4.3.2 巡航飛行時(shí)的“越飛越快”現(xiàn)象

    4.4 高超聲速飛行器高M(jìn)a下“越飛越快”解決方案研究

        4.4.1 調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供應(yīng)策略方案

        4.4.2 調(diào)整飛行軌跡方案

        4.4.3 兩種方案對(duì)比分析

    4.5 本章小結(jié)

第5章 高超聲速飛行器/主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)一體化控制及仿真分析

    5.1 引言

    5.2 考慮主動(dòng)冷卻的飛/推一體化控制方案設(shè)計(jì)

        5.2.1 飛行器高度跟蹤和姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì)

        5.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)多目標(biāo)協(xié)調(diào)切換控制

        5.2.3 飛/推一體化控制回路

    5.3 無(wú)冷卻與主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)一體化控制對(duì)比分析

        5.3.1 飛/推一體化控制中考慮主動(dòng)冷卻的必要性分析

        5.3.2 一體化控制下主動(dòng)冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)特殊性分析

    5.4 低Ma下進(jìn)氣道裕度保護(hù)與推力切換控制仿真分析

        5.4.1 仿真條件

        5.4.2 加速度指令為0.2g仿真結(jié)果

        5.4.3 加速度指令為0.3g仿真結(jié)果

        5.4.4 不同加速指令的對(duì)比分析

    5.5 高M(jìn)a下超溫保護(hù)與推力切換控制仿真分析

        5.5.1 仿真條件

        5.5.2 仿真結(jié)果

    5.6 本章小結(jié)

結(jié)論

參考文獻(xiàn)

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果

致謝

 

 

參考文獻(xiàn)

 

期刊論文

 

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[3]2018年度國(guó)外高超聲速飛行器發(fā)展動(dòng)向[J]. 廖孟豪.  飛航導(dǎo)彈. 2019(03)

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博士論文

 

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碩士論文

 

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[5]超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 高聳.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

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