变循环发动机直接推力控制方法研究

发布时间：2020-04-01 14:32

【摘要】：在当前军事航空领域,发展变循环技术,已经成为航空发动机研究领域的重要组成部分,是目前航空发动机的主流研究方向。本文以双外涵道变循环发动机部件级模型为基础开展了变循环发动机直接推力调节计划及多变量控制技术的研究,具体内容包括:研究基于自适应模型的推力估计方法。采用一种能够快速收敛的混合Newton-Steffensen-逆Broyden方法,求解发动机数学模型共同工作方程组,提高部件级模型的实时性。采用无迹卡尔曼滤波对发动机健康参数进行估计,建立自适应模型,实现推力准确估计。研究了变循环发动机推力指令优化方法。基于自组织迁移算法,选择部分粒子进行迁移,并基于步数修正迁移步长,通过多组测试函数的数值仿真,验证改进策略的有效性。在地面工作点将改进自组织迁移算法用于推力指令优化,获得各推力等级的控制计划,形成推力指令模型。研究了变循环发动机分块解耦控制方法,提出改进NS-SOMA的多目标优化解耦控制方法,并仿真对比了不分块的控制效果。结果表明分块解耦控制方法能够降低回路之间的耦合,不分块综合解耦控制方法更能够发挥多变量控制系统的性能效益。开展了变循环发动机直接推力控制器设计,对输出选择和控制结构分析,采用增广LQR方法对三输入三输出推力控制器设计,并进行仿真验证。最后研究了双涵道变循环发动机的模态切换控制,并进行双向切换仿真验证,结果表明变循环发动机在切换过程中可以稳定工作。
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文0 年，带有 YF120 变循环发动机的 YF23 飞机和 YF22 飞机相继成功试飞，标志世界上第一台经过了飞行验证的变循环发动机[12]，如图 1.1 所示。YF120 发式和双涵模式工作，低功率状态下，发动机以双涵模式工作，第二级风扇和压力差导致被动作动旁路活门打开，更多的空气流向外涵道，与此同时，后开，使得更多的外涵空气流量与主气流掺混，提供更大的发动机推力，并降低态下，发动机以单涵模式工作，后可调涵道引射器关小，外涵内压力增加，风扇出口压力时，被动作动旁路活门关闭，使得风扇出口流量全部进入核心喷模式，单位推力增大。

图 1.2 对转风扇的三转子变循环发动机（2） 欧洲变循环发动机发展进程二十世纪九十年代，欧洲各个国家在民用航空领域掀起了高超声速客机[20]（HST）的研，在欧洲超声速研究规划的支持下，英国罗罗公司和法国 SNECMA 公司分别提出了可超声速客机的变循环动力方案[21-23]。英国罗罗公司提出的一种串联风扇变循环发动机方种发动机基于传统混排涡扇发动机，在主风扇前段串联一个风扇，串联的风扇由低压涡，并且在前风扇和主风扇之间安装有轴向的辅助进气道和辅助喷管。针对 HST 计划，法国 SNECMA 公司提出了中间风扇概念的 MCV99 变循环发动机方案[发动机在传统双转子涡喷发动机的基础上，在高压压气机后增加了一段中间风扇，由单力涡轮驱动。在起飞和爬升阶段，辅助进气道打开，气流经辅助进气道进入中间风扇，轮的功率由高压压气机流向涡轮的气流提供。超声速巡航阶段，辅助进气道和高压引气关动机以涡喷状态工作。结合英国罗罗公司串联风扇的概念和法国 SNECMA 公司的中间风扇概念，欧洲提出了联风扇变循环发动机。该发动机在起飞和亚声速巡航状态，，涵道比能够达到 2.0，超声速态时，涵道比约为 0.7。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V233.7

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本文编号：2610581