航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是由航空發(fā)動(dòng)機(jī)、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器組成。傳感器是故障多發(fā)部件之一,其信號(hào)的正常與否將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的正常工作。適航規(guī)章CCAR33.28發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)條款中也對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的安全性做出了明確規(guī)定,發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)部件的單點(diǎn)失效不會(huì)導(dǎo)致危害性后果。為了研究傳感器故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的定量影響,本文以發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型和控制器組成的控制系統(tǒng)為依據(jù),提供了一種以模型為支撐的傳感器故障仿真分析方法,研究成果可為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的初期安全評(píng)估以及控制系統(tǒng)的適航審定提供指導(dǎo)和參考。本文的主要研究?jī)?nèi)容分為以下三個(gè)部分:第一,建立PWX4056型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的部件級(jí)模型并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。本文在Matlab/Simulink軟件中采用部件法建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的模型。利用牛頓拉夫遜法求解由功率平衡和流量平衡構(gòu)成的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)共同工作方程組,在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)點(diǎn)對(duì)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行驗(yàn)證。利用流量平衡法建立發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型,選用歐拉法求解發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行驗(yàn)證。建立的發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)以及傳感器故障影響的定量分析提供仿真基礎(chǔ)。第二,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)控制器參數(shù)和加速狀態(tài)控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型的基礎(chǔ)上,利用試湊法設(shè)計(jì)增量式PID控制器參數(shù),并分別在發(fā)動(dòng)機(jī)慢車狀態(tài)、最大推力狀態(tài)及中間的狀態(tài)設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)加速過程中的限制值制定加速計(jì)劃,將穩(wěn)定狀態(tài)控制器和加速計(jì)劃通過傳統(tǒng)的Min選擇邏輯進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)加速狀態(tài)控制。由航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)控制器和加速狀態(tài)控制器組成的控制系統(tǒng),為傳感器故障仿真分析提供依據(jù)。第三,分析傳感器故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的影響。模擬壓力傳感器恒偏差故障,將壓力傳感器恒偏差故障注入到發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng),分別在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)和加速狀態(tài)進(jìn)行傳感器恒偏差故障影響的仿真分析。傳感器恒偏差故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的影響結(jié)果可為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的初期安全評(píng)估以及適航審定工作提供支持和參考。
【學(xué)位單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V263.6
【部分圖文】：

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文Electronic Control）控制。1950 年以前，早期的控制系統(tǒng)也多為簡(jiǎn)單的機(jī)械液壓式，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器計(jì)算主要利用齒輪系、聯(lián)動(dòng)裝置和凸輪等實(shí)現(xiàn)，如美國(guó) GE 公司制造出第一臺(tái)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī) GE I-A，GE I-A 的控制系統(tǒng)是液壓式調(diào)節(jié)器，它所計(jì)量的進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油流量與期望的渦輪轉(zhuǎn)速和實(shí)際的渦輪轉(zhuǎn)速的偏差成正比。這個(gè)系統(tǒng)表示了一個(gè)單軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)最基本的功能，包括了燃油計(jì)量、超速保護(hù)、熄火保護(hù)和超溫保護(hù)裝置。相比之下，現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)由 FADEC 來(lái)控制的，它能夠利用無(wú)約束操作的油門桿的變化來(lái)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)功率，可以控制更多的參數(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，航空發(fā)動(dòng)機(jī)因其全權(quán)限數(shù)字式電子控制的出現(xiàn)而獲得更高的控制精度和工作效率。航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展的階段簡(jiǎn)圖可用圖 1.1 表示，總結(jié)為機(jī)械液壓式控制、模擬電子控制和數(shù)字化電子控制發(fā)展階段[29]。

采用歐拉法求解發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型并對(duì)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行驗(yàn)證。2.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)建模假設(shè)及建模流程研究傳感器故障對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況影響的前提是建立合適準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型的方法包括解析法和試驗(yàn)法[53]。解析法因其在建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型精度方面較高而被國(guó)內(nèi)外普遍采用。本章以 PWX4056 型航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，按照部件順序，采用解析法建立發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)非線性氣動(dòng)熱力學(xué)模型。2.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型的假設(shè)PWX4056 型航空發(fā)動(dòng)機(jī)是大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其中組成的部件分別為進(jìn)氣道、低壓壓氣機(jī)（風(fēng)扇，增壓級(jí)）、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和尾噴管[54]。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2.1 所示。

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的部件特性數(shù)據(jù)是發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的保密數(shù)據(jù)[57]，本文針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件法建模所采用的部件特性數(shù)據(jù)是由荷蘭 GSP 航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真軟件采用比例因子經(jīng)縮放后獲得，只適用于 PWX4056 型航空發(fā)動(dòng)機(jī)。2.1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的建模流程發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)部件模型都是一個(gè)單獨(dú)的模塊并且包括若干的輸入和輸出參數(shù)，不考慮部件內(nèi)部參數(shù)的變化。各個(gè)部件模型通過一組共同工作方程組成發(fā)動(dòng)機(jī)模型，其中各個(gè)部件模型按照它們之間的輸入或者輸出關(guān)系連接起來(lái)。2.1.3.1 進(jìn)氣道發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氣體流經(jīng)的第一個(gè)部件就是進(jìn)氣道，它的功用是向發(fā)動(dòng)機(jī)提供流量匹配的高質(zhì)量氣流，使氣流以最小的流動(dòng)損失順利的進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，為之后的增壓部件提供氣流穩(wěn)定的工作環(huán)境，圖 2.2 為進(jìn)氣道部件模型。
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本文編號(hào)：2884323