發(fā)布時間：2020-06-29 22:35

【摘要】：航空發(fā)動機建模是開展航空發(fā)動機控制系統(tǒng)回路仿真及半物理試驗的重要組成部分,對降低發(fā)動機設(shè)計風險、減少試驗成本具有重要意義。航空發(fā)動機的建模方法分為基于物理原理的部件法建模和基于數(shù)據(jù)的過程數(shù)學模型辨識建模。通常航空發(fā)動機建模采用的方法是根據(jù)發(fā)動機實際工作原理建立的部件法模型,但是部件法模型需要考慮模型的實時性以及精度。部件法建立的發(fā)動機模型在部件特性存在差異情況下,容易與實際發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異。因此需要考慮采用系統(tǒng)辨識的方法對發(fā)動機部件法模型進行修正。航空發(fā)動機過程數(shù)學模型可以根據(jù)實際試驗數(shù)據(jù)或部件法模型數(shù)據(jù)辨識得到。本文針對以上兩種發(fā)動機建模方法開展了如下研究:以渦噴發(fā)動機部件法為例,分析了渦噴發(fā)動機部件法建模的原理并提出了改善部件法模型實時性的方法;結(jié)合現(xiàn)有的試車數(shù)據(jù),對渦噴發(fā)動機部件法模型采用粒子群優(yōu)化算法修正發(fā)動機部件特性。對于過程數(shù)學模型,分別研究了部件法模型線性化辨識方法以及實際試車數(shù)據(jù)的狀態(tài)變量模型辨識方法,提出使用偽隨機信號激勵部件法模型結(jié)合最小二乘法辨識狀態(tài)變量模型參數(shù),分析了辨識模型的動態(tài)特性;根據(jù)渦軸發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)使用卡爾曼濾波的方法辨識狀態(tài)變量模型,并分析了激勵信號對于辨識模型的影響。主要研究內(nèi)容如下:1.研究了渦噴發(fā)動機部件法建�；驹�,指出改善模型實時性的基本原則是提高內(nèi)部部件模塊迭代速度以及提高外部非線性方程計算效率。相應(yīng)提出已知燃氣焓熵值求解溫度的擬合求解方法以及使用Broyden法求解非線性平衡方程,并使用底層C語言結(jié)合動態(tài)鏈接庫的接口建模方式保證整體模型移植穩(wěn)定性。2.針對部件法模型與試驗數(shù)據(jù)的誤差,研究渦噴發(fā)動機部件法模型的辨識修正方法。對于影響發(fā)動機性能的壓氣機特性進行辨識修正,首先分析了壓氣機特性的耦合與插值計算原理,提出采用粒子群優(yōu)化算法辨識壓氣機特性耦合系數(shù),辨識生成新的壓氣機特性。仿真結(jié)果顯示采用以上辨識方法模型誤差顯著下降。3.研究部件法模型中線性化模型的辨識問題并對辨識模型動態(tài)特性進行分析。以JT9D渦扇發(fā)動機部件模型為例,在輸入偽隨機信號情況下使用最小二乘法辨識得到渦扇發(fā)動機線性化狀態(tài)變量模型并對輸入信號幅度影響進行分析,發(fā)現(xiàn)輸入信號幅度不宜超過3%。進一步對辨識的渦扇發(fā)動機狀態(tài)變量模型動態(tài)特性進行研究,分析了狀態(tài)變量模型的低頻擬合特性以及模型的零極點分布影響。4.研究從實際航空發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)辨識狀態(tài)變量模型,以渦軸發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)為例,提出一種新的狀態(tài)變量模型辨識方法-卡爾曼濾波法,辨識的渦軸發(fā)動機狀態(tài)變量模型與試驗數(shù)據(jù)響應(yīng)轉(zhuǎn)速誤差小于1%。結(jié)合JT9D部件法模型仿真分析了不同激勵信號下對于此方法辨識的航空發(fā)動機模型的影響,提出使用平均法或偽隨機信號激勵的方法結(jié)合卡爾曼濾波辨識狀態(tài)變量模型。仿真結(jié)果顯示以上改進方法顯著改善了單邊效應(yīng),模型正負階躍響應(yīng)誤差明顯減小。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V23
【圖文】：

ＮＡＳＡ邋的邋ＭｃＡｒｄｌｅ，Ｊａｃｋ邋0［６１］和邋ＧＥ邋公司［５５］對邋Ｃｏｔｔｉｎｇｔｉｏｎ邋的方法進行邋了工程逡逑踐應(yīng)用。ＮＡＳＡ采用ＰＲＢＳ信號測試雙軸渦扇發(fā)動機靜態(tài)可調(diào)導葉、燃油信逡逑與發(fā)動機動態(tài)性能（轉(zhuǎn)速，推力）的頻率響應(yīng)關(guān)系，驗證測試方法的可靠有逡逑。而ＧＥ公司使用該方法測試Ｔ７００渦軸發(fā)動機的燃油對轉(zhuǎn)速頻率響應(yīng)，結(jié)果逡逑明測量精度精度能夠滿足工程要求。逡逑針對傳統(tǒng)單一正弦信號測量頻率響應(yīng)方法過于復雜繁瑣，國外學者考慮了逡逑用多重正弦的奇次諧波信號（ｍｕｌｔｉｓｉｎｅ邋ｓｉｇｎａｌｓ）替代單一頻率正弦信號測量逡逑８逡逑

ＮＡＳＡ邋的邋ＭｃＡｒｄｌｅ，Ｊａｃｋ邋0［６１］和邋ＧＥ邋公司［５５］對邋Ｃｏｔｔｉｎｇｔｉｏｎ邋的方法進行邋了工程逡逑踐應(yīng)用。ＮＡＳＡ采用ＰＲＢＳ信號測試雙軸渦扇發(fā)動機靜態(tài)可調(diào)導葉、燃油信逡逑與發(fā)動機動態(tài)性能（轉(zhuǎn)速，推力）的頻率響應(yīng)關(guān)系，驗證測試方法的可靠有逡逑。而ＧＥ公司使用該方法測試Ｔ７００渦軸發(fā)動機的燃油對轉(zhuǎn)速頻率響應(yīng)，結(jié)果逡逑明測量精度精度能夠滿足工程要求。逡逑針對傳統(tǒng)單一正弦信號測量頻率響應(yīng)方法過于復雜繁瑣，國外學者考慮了逡逑用多重正弦的奇次諧波信號（ｍｕｌｔｉｓｉｎｅ邋ｓｉｇｎａｌｓ）替代單一頻率正弦信號測量逡逑８逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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3 張m顯

本文編號：2734451