目前,變循環(huán)發(fā)動機作為航空發(fā)動機最有前景的研究方向之一,其能夠滿足飛機特別是軍用戰(zhàn)斗機在不同飛行任務(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要求。本文針對帶核心驅(qū)動風扇級的變循環(huán)發(fā)動機開展了變循環(huán)發(fā)動機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)動機各個部件的數(shù)學模型,采用Matlab/Simulink軟件建立了帶核心驅(qū)動風扇級的變循環(huán)發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型,該變循環(huán)發(fā)動機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)部件的導葉角和導向器。通過仿真分析了該變循環(huán)發(fā)動機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)動機部件級模型,依照常規(guī)渦扇發(fā)動機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法,搭建了變循環(huán)發(fā)動機的控制系統(tǒng)仿真平臺,設(shè)計了變循環(huán)發(fā)動機的主要控制規(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】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型變循環(huán)發(fā)動機的變幾何結(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)動機模型仿真驗證將上一節(jié)介紹了各個部件的數(shù)學模型以及穩(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模塊聯(lián)合仿真圖在帶有限制保護和不帶有限制保護產(chǎn)生的響應效果如下圖所示。由于主控制乘以了大于1 的增益系數(shù)的緣故，其響應相應的得到了增強。在沒有加入限制保護模塊時，其х 超出了限制值，但是在加入限制保護模塊后，由于激活了渦輪前溫度限制控制器，保護了х 低于其限制值。在最后一個圖中，顯示了帶限制保護的低選架構(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】：
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本文編號：3067432