桨扇发动机的建模和控制研究
发布时间：2021-05-16 02:22
桨扇发动机的高推进效率让其具有降低油耗和排放的潜力,未来民航的广阔市场和越来越高的环保要求使其拥有较好的发展前景。然而,这种新型发动机在结构设计、控制策略、与飞机一体化等方面仍有诸多挑战。对桨扇发动机的建模和控制的研究有利于桨扇发动机的结构最优设计和发动机-飞机一体化控制方案的确定,从而充分挖掘桨扇发动机的潜力。本文建立了一种三轴拉力式对转桨扇发动机的仿真模型,将发动机看成桨扇和涡轴发动机匹配的结构。桨扇建模基于相似原理,从单排桨扇的气动性能入手,考虑了桨扇轮毂的影响以及前后排对转桨扇的相互影响和空气流道的收缩,模型与实验数据的误差在2%以内。由于桨扇发动机推力主要由桨扇产生,其控制方案和涡扇发动机有所不同。性能寻优控制在不同飞行条件下输出优化了的控制指令,可提升发动机的性能。分析了控制结构后,本文提出了桨扇发动机的控制方案。控制方案在飞行包线内性能良好,仿真结果显示功率涡轮转速的超调量不超过2%、调节时间不超过0.9s。基于该方案,本文提出了性能寻优控制模式下的控制方案,并采用了一种修正了搜索步长和遗弃率的修正布谷鸟搜索算法。相比扭矩补偿模式,该方案可降低2%的油耗。该方案的性能比标...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
下标
缩略词
第一章 绪论
1.1 桨扇发动机的研究背景
1.1.1 桨扇发动机的介绍和发展
1.1.2 桨扇发动机的优缺点
1.2 国内外研究现状和课题的研究意义
1.2.1 桨扇发动机建模的研究现状
1.2.2 桨扇发动机控制的研究现状
1.2.3 桨扇发动机性能寻优控制的研究现状
1.2.4 课题的研究意义
1.3 本文的主要研究内容
1.4 本文的内容安排
第二章 桨扇发动机核心机建模
2.0 桨扇发动机建模总体分析
2.1 核心机部件级模型
2.2 核心机稳态模型
2.2.1 稳态共同工作方程
2.2.2 共同工作方程的求解
2.3 核心机动态模型
2.3.1 动态共同工作方程
2.3.2 求解动态共同工作方程
2.4 本章小结
第三章 桨扇数学模型
3.1 桨扇机构模型概述
3.2 桨扇数学模型计算方案总结
3.3 螺旋桨相似理论
3.3.1 螺旋桨相似条件
3.3.2 螺旋桨气动性能相似公式
3.3.3 螺旋桨特性曲线
3.3.4 螺旋桨特性曲线的不足与改进方案
3.4 对转桨扇的建模
3.4.1 现有桨扇特性曲线的分析
3.4.2 对转桨扇的建模过程
3.4.3 对转桨扇模型的验证
3.5 本章小结
第四章 桨扇发动机的控制研究
4.1 桨扇发动机全权限数字电子控制器介绍
4.2 桨扇发动机的控制方案
4.2.1 桨扇控制回路
4.2.2 桨扇发动机总体控制方案
4.3 桨扇发动机性能寻优研究
4.3.1 布谷鸟搜索算法
4.3.2 修正布谷鸟搜索算法
4.3.3 基于修正布谷鸟搜索算法的桨扇发动机性能寻优控制
4.4 算法比较
4.4.1 与标准布谷鸟搜索算法的比较
4.4.2 与遗传算法的比较
4.5 本章小结
第五章 桨扇发动机的性能评估
5.1 桨扇发动机桨扇-进气道耦合作用分析
5.2 两桨扇轴距对桨扇发动机的性能影响
5.3 两桨扇各自桨叶数目对桨扇发动机的性能影响
5.4 桨扇发动机的速度特性和高度特性
5.5 桨扇发动机的桨距角特性
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]开式转子发动机计算模型及调节研究[J]. 屠秋野,倪力伟,杨祥明,郑恒,蒋平. 航空发动机. 2016(06)
[2]基于DMOM算法的航空发动机性能寻优控制[J]. 王元,李秋红,黄向华. 航空动力学报. 2016(04)
[3]桨扇浮沉 回顾美国20世纪7080年代桨扇发动机研发历程[J]. 朱大明. 航空世界. 2014(06)
[4]面向飞机总体设计的开式转子发动机分析模型[J]. 张帅,余雄庆. 航空动力学报. 2012(08)
[5]开式转子发动机对转桨扇性能建模研究[J]. 祁宏斌,周人治,黄红超,李刚团. 燃气涡轮试验与研究. 2012(01)
[6]下一代窄体客机发动机最新进展[J]. 胡晓煜. 航空发动机. 2010(01)
[7]惟一投入使用的桨扇发动机D-27[J]. 佳力. 国际航空. 2004 (02)
硕士论文
[1]基于机载复合模型及SQP的发动机性能寻优控制研究[D]. 王健康.南京航空航天大学 2010
[2]航空发动机性能寻优控制研究[D]. 王芳.西北工业大学 2005
本文编号：3188781
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
下标
缩略词
第一章 绪论
1.1 桨扇发动机的研究背景
1.1.1 桨扇发动机的介绍和发展
1.1.2 桨扇发动机的优缺点
1.2 国内外研究现状和课题的研究意义
1.2.1 桨扇发动机建模的研究现状
1.2.2 桨扇发动机控制的研究现状
1.2.3 桨扇发动机性能寻优控制的研究现状
1.2.4 课题的研究意义
1.3 本文的主要研究内容
1.4 本文的内容安排
第二章 桨扇发动机核心机建模
2.0 桨扇发动机建模总体分析
2.1 核心机部件级模型
2.2 核心机稳态模型
2.2.1 稳态共同工作方程
2.2.2 共同工作方程的求解
2.3 核心机动态模型
2.3.1 动态共同工作方程
2.3.2 求解动态共同工作方程
2.4 本章小结
第三章 桨扇数学模型
3.1 桨扇机构模型概述
3.2 桨扇数学模型计算方案总结
3.3 螺旋桨相似理论
3.3.1 螺旋桨相似条件
3.3.2 螺旋桨气动性能相似公式
3.3.3 螺旋桨特性曲线
3.3.4 螺旋桨特性曲线的不足与改进方案
3.4 对转桨扇的建模
3.4.1 现有桨扇特性曲线的分析
3.4.2 对转桨扇的建模过程
3.4.3 对转桨扇模型的验证
3.5 本章小结
第四章 桨扇发动机的控制研究
4.1 桨扇发动机全权限数字电子控制器介绍
4.2 桨扇发动机的控制方案
4.2.1 桨扇控制回路
4.2.2 桨扇发动机总体控制方案
4.3 桨扇发动机性能寻优研究
4.3.1 布谷鸟搜索算法
4.3.2 修正布谷鸟搜索算法
4.3.3 基于修正布谷鸟搜索算法的桨扇发动机性能寻优控制
4.4 算法比较
4.4.1 与标准布谷鸟搜索算法的比较
4.4.2 与遗传算法的比较
4.5 本章小结
第五章 桨扇发动机的性能评估
5.1 桨扇发动机桨扇-进气道耦合作用分析
5.2 两桨扇轴距对桨扇发动机的性能影响
5.3 两桨扇各自桨叶数目对桨扇发动机的性能影响
5.4 桨扇发动机的速度特性和高度特性
5.5 桨扇发动机的桨距角特性
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]开式转子发动机计算模型及调节研究[J]. 屠秋野,倪力伟,杨祥明,郑恒,蒋平. 航空发动机. 2016(06)
[2]基于DMOM算法的航空发动机性能寻优控制[J]. 王元,李秋红,黄向华. 航空动力学报. 2016(04)
[3]桨扇浮沉 回顾美国20世纪7080年代桨扇发动机研发历程[J]. 朱大明. 航空世界. 2014(06)
[4]面向飞机总体设计的开式转子发动机分析模型[J]. 张帅,余雄庆. 航空动力学报. 2012(08)
[5]开式转子发动机对转桨扇性能建模研究[J]. 祁宏斌,周人治,黄红超,李刚团. 燃气涡轮试验与研究. 2012(01)
[6]下一代窄体客机发动机最新进展[J]. 胡晓煜. 航空发动机. 2010(01)
[7]惟一投入使用的桨扇发动机D-27[J]. 佳力. 国际航空. 2004 (02)
硕士论文
[1]基于机载复合模型及SQP的发动机性能寻优控制研究[D]. 王健康.南京航空航天大学 2010
[2]航空发动机性能寻优控制研究[D]. 王芳.西北工业大学 2005
本文编号：3188781
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