目前,變循環(huán)發(fā)動機(jī)作為航空發(fā)動機(jī)最有前景的研究方向之一,其能夠滿足飛機(jī)特別是軍用戰(zhàn)斗機(jī)在不同飛行任務(wù)下的需求,并能夠滿足高單位推力與低耗油率兩種有一定矛盾性的性能指標(biāo)要求。本文針對帶核心驅(qū)動風(fēng)扇級的變循環(huán)發(fā)動機(jī)開展了變循環(huán)發(fā)動機(jī)部件級建模以及主要控制規(guī)律的研究工作,具體研究工作為:首先,通過分析發(fā)動機(jī)各個部件的數(shù)學(xué)模型,采用Matlab/Simulink軟件建立了帶核心驅(qū)動風(fēng)扇級的變循環(huán)發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型,該變循環(huán)發(fā)動機(jī)存在兩種工作模式分別是單外涵模式和雙外涵模式,并在此過程中考慮了相關(guān)部件的導(dǎo)葉角和導(dǎo)向器。通過仿真分析了該變循環(huán)發(fā)動機(jī)在兩種模式之間的切換過程以及其因為變循環(huán)技術(shù)而帶來的相關(guān)特性。采用一步最小二乘法和小擾動法建立了變循環(huán)發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)工作點的線性化狀態(tài)空間模型。其次,利用該變循環(huán)發(fā)動機(jī)部件級模型,依照常規(guī)渦扇發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法,搭建了變循環(huán)發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)仿真平臺,設(shè)計了變循環(huán)發(fā)動機(jī)的主要控制規(guī)律,并通過仿真驗證了在本文設(shè)計的控制規(guī)律作用下變循環(huán)發(fā)動機(jī)能夠快速穩(wěn)定從慢車狀態(tài)運行到最大狀態(tài)。其中,主要的控制規(guī)律是主燃油控制規(guī)律,包含了穩(wěn)態(tài)點控制器、以線性控制器和低選... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型變循環(huán)發(fā)動機(jī)的變幾何結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2. 5 穩(wěn)態(tài)模型使用的 N-R 求解器2.3 變循環(huán)發(fā)動機(jī)模型仿真驗證將上一節(jié)介紹了各個部件的數(shù)學(xué)模型以及穩(wěn)態(tài)和動態(tài)共同工作方程，本文采用各個部件獨立建模的思想，通過使用 Matlab/Simulink 對每個部件建立一個對應(yīng)的仿真模塊，然后利用基于流量連續(xù)假設(shè)將各個部件鏈接起來，建立的變循環(huán)發(fā)動機(jī)的部件級模型如圖 2. 6 所示。Simulink 中設(shè)定的仿真時間步長為 0.02 秒。Mode ChangingVCE ModelShaftInlet Fan Duct CDFSBypass MixerCompressor Burner HPT LPT Mixer AfterBurnerInputsOutputsNozzle[HPTW_Er][MixerPs_Er]1 [H][Ma0][At][Wfb][Wfaf][alpha_f][alpha_i][alpha_c][alpha_h][alpha_l][VABI3]234567[HPTW_Er][LPTW_Er][MixerPs_Er][NozW_Er]1234[Nh][Nl]89[H][Ma0][Wfb][Wfaf][alpha_f][alpha_i][alpha_h][PNF][PNC][PNC][Beta_f][Beta_i][Beta_h][alpha_c][PNC][Beta_c][CDFSW_Er] 5[Nhdot][Nldot]78PWhPWiPWcPWlPWf1PWf2NhNlNhdotNldot[PWh][PWi][PWc][PWl][PWf1][PWf2][Nh][Nl][Nhdot][Nldot]1/14600[PNF]1/18000[PNC][BPR1]10 [SV]HMa0S1GasPthCharOutInletOut[S2][InletOut]PNFGasPthCharInAlpha_FanFan_RlineW2_inGasPthCharOutS2Fan_StateW2FAN_Er[SV]SingleBeta_fBeta_iBeta_cBeta_hBeta_lW2_in[Beta_f][Beta_i][Beta_c][Beta_h][Beta_l]GasPthCharInS2_InW13S13S21PwOutW21GasPthInPNCAlphaBetaGasPthCharOutCDFS_StatePwOut[PWi][PWf1][PWf2][PWc]GasPthCharInPNCAlpha_cBe

圖 3. 9 穩(wěn)態(tài)點控制器與限制保護(hù)模塊聯(lián)合仿真圖在帶有限制保護(hù)和不帶有限制保護(hù)產(chǎn)生的響應(yīng)效果如下圖所示。由于主控制乘以了大于1 的增益系數(shù)的緣故，其響應(yīng)相應(yīng)的得到了增強(qiáng)。在沒有加入限制保護(hù)模塊時，其х 超出了限制值，但是在加入限制保護(hù)模塊后，由于激活了渦輪前溫度限制控制器，保護(hù)了х 低于其限制值。在最后一個圖中，顯示了帶限制保護(hù)的低選架構(gòu)中，各個通道燃油流量變化率的比較以及控制過程中激活通道的變化，其中通道 1-3 分別表示主控制器、х 通道以及х 通道，主控制器在開始與結(jié)束均被激活了，即在穩(wěn)態(tài)時真正工作的回路是主控制器回路。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于一步最小二乘法建立航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)變量模型[J]. 鄭斐華,胡春艷,李偉,郭磊,劉存喜.  燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù). 2017(04)
[2]基于蜂群算法的變循環(huán)發(fā)動機(jī)最小耗油率優(yōu)化[J]. 駱廣琦,李游,吳濤,胡砷纛,曾劍臣.  航空發(fā)動機(jī). 2016(01)
[3]基于滑�？刂品椒ǖ暮娇瞻l(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計[J]. 徐清詩,郭迎清.  航空發(fā)動機(jī). 2015(06)
[4]航空發(fā)動機(jī)超聲速巡航性能尋優(yōu)控制研究[J]. 孫豐勇,張海波,葉志鋒,鄭前鋼.  推進(jìn)技術(shù). 2015(08)
[5]GE公司變循環(huán)發(fā)動機(jī)的發(fā)展[J]. 劉紅霞.  航空發(fā)動機(jī). 2015(02)
[6]變循環(huán)發(fā)動機(jī)組合變幾何調(diào)節(jié)方案[J]. 駱廣琦,李游,劉琨,吳濤,胡砷纛.  航空動力學(xué)報. 2014(10)
[7]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)加減速控制計劃最優(yōu)設(shè)計方法[J]. 施洋,屠秋野,蔡元虎,邱超,譚智勇.  航空動力學(xué)報. 2013(11)
[8]撓性衛(wèi)星的自適應(yīng)模糊滑模控制[J]. 管萍,陳家斌.  航天控制. 2004(04)
[9]變循環(huán)發(fā)動機(jī)[J]. 方昌德.  燃?xì)鉁u輪試驗與研究. 2004(03)
[10]動態(tài)滑�？刂萍捌湓谝苿訖C(jī)器人輸出跟蹤中的應(yīng)用[J]. 晁紅敏,胡躍明.  控制與決策. 2001(05)

博士論文
[1]變循環(huán)發(fā)動機(jī)控制規(guī)律設(shè)計方法研究[D]. 賈琳淵.西北工業(yè)大學(xué) 2017
[2]變循環(huán)發(fā)動機(jī)特性分析及其與飛機(jī)一體化設(shè)計研究[D]. 周紅.西北工業(yè)大學(xué) 2016
[3]變循環(huán)發(fā)動機(jī)建模與分布式控制研究[D]. 謝振偉.西北工業(yè)大學(xué) 2016
[4]變循環(huán)發(fā)動機(jī)建模及性能尋優(yōu)控制技術(shù)研究[D]. 王元.南京航空航天大學(xué) 2015

碩士論文
[1]自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動機(jī)建模及控制規(guī)律研究[D]. 楊宇飛.南京航空航天大學(xué) 2017
[2]變循環(huán)發(fā)動機(jī)多變量控制及性能尋優(yōu)[D]. 徐佩佩.南京航空航天大學(xué) 2016
[3]基于SQP方法的航空發(fā)動機(jī)過渡態(tài)最優(yōu)控制研究[D]. 胡歡.南京航空航天大學(xué) 2015
[4]渦軸發(fā)動機(jī)多變量滑模控制設(shè)計與仿真研究[D]. 龔仁吉.南京航空航天大學(xué) 2013
[5]變循環(huán)發(fā)動機(jī)多變量控制及性能尋優(yōu)[D]. 薛益春.南京航空航天大學(xué) 2012
[6]變循環(huán)發(fā)動機(jī)建模及控制規(guī)律研究[D]. 茍學(xué)中.南京航空航天大學(xué) 2012
[7]離散時間系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制理論若干問題研究[D]. 羅劉敏.東北大學(xué) 2009
[8]變循環(huán)發(fā)動機(jī)控制半物理仿真研究[D]. 趙敏靜.北方工業(yè)大學(xué) 2008
[9]基于混合仿真平臺的智能變結(jié)構(gòu)控制及其應(yīng)用研究[D]. 劉品杰.河北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3067432