微型飞行器的研究进展和主要技术

微型飞行器是集航空设计、航空制造、微机械、电子、高性能数字计算机于一体的多学科交叉的综合系统。本文从微型飞行器的独特优势和发展趋势出发,论述了微型飞行器在军用和民用领域的应用前景;结合国际上目前的研究进展,阐述了微型飞行器的主要技术和研究途径。     

两级入轨运载器RBCC动力系统内流道设计与性能计算

针对以火箭基组合循环(RBCC)发动机作为水平起飞两级入轨(TSTO)运载器第一级动力系统的方案,建立了进气道-燃烧室-尾喷管一体化流道耦合性能快速计算模型,初步设计了RBCC发动机一体化内流道。RBCC发动机使用变结构进气道,采用支板/凹腔相结合实现火焰稳定的燃烧室以及单侧膨胀尾喷管;应用经过校验的性能分析模型进行RBCC燃烧室性能快速计算;对比分析了性能分析模型与三维数值计算获得的发动机出口状态参数对于飞行器后体流场的影响性;完成了RBCC为动力的两级入轨方案飞行器动力系统的性能分析与计算;分析评估了飞行弹道条件下RBCC推进系统的性能。计算结果表明:飞行器起飞质量280t时,可以完成运送4t载荷进入近地轨道的任务。     

航空活塞式发动机瞬态空燃比控制仿真研究

针对航空活塞式直喷发动机瞬态空燃比难以精确控制、动态超调大等问题,采用基于改进的粒子群优化算法和Elman神经网络(VPSO-Elman网络)的模型预测控制算法对发动机过渡工况空燃比进行控制。在实验数据的基础上,利用发动机建模软件AMESim建立发动机模型,在MATLAB/Simulink中建立VPSO-Elman空燃比预测模型控制系统,通过联合仿真检验控制系统的性能。结果表明:瞬态工况下,相比于比例-积分-微分（PID）控制,VPSO-Elman网络模型预测控制下的空燃比超调量可以减小约20%,回调时间缩短约75%;针对不同的节气门开度变化速率,VPSO-Elman控制器同样具有良好的控制效果。      

吸气式火箭发动机的改进

ＮＡＳＡ称 ,航空喷气发动机公司和洛克达因公司通过地面试验 ,验证了实验型吸气式火箭发动机的低速性能得到改善。这种火箭基组合循环 (ＲＢＣＣ)发动机将作为未来“第三代”可重复使用运载火箭的动力。在低速时 ,ＲＢＣＣ作为装在函道内的火箭发动机 ,速度逐渐提升时再向吸气式冲压和超燃冲压发动机转换 ,然后作为传统的火箭发动机推进飞行器离开地球大气层。一半的飞行都由吸气式推进进行 ,这样就减少了飞行器所携带的氧 ,减轻了发射重量 ,降低了发射成本。最近的一些试验评估了实验型发动机改进的方面 :改进了空气加力火箭模态时的性能 …     

航空发动机的材料和制造技术

在航空科学的“音障”、“热障”重要发展阶段，制造技术和材料科学起着举足轻重的作用。在未来超音速和高超音速飞行器的开发中，这种作用更会突出。先进的航空航天器及其推进系统的发展，不但促进了材料科学迅速的发展，表现为由宏观转向微观、由定性转向定量－采用无损检测与计算机模拟相结合方法以及数理化与高科技相交、复合材料倍加重视等特征，而且导致了制造技术的发展和更新；复合材料结构制造技术将成为２１世纪的主要航空     

整体级方案的研究

从1980年起,美国空军一直在研究把两级火箭发动机结合在一起的整体级方案(ISC).这种方案可提高多级导弹系统的性能,共用某些导弹结构部件,有效地利用推进系统的可用容积,使发动机可靠性更高,制造成本显著降低.航空喷气战略推进公司(ASPC)一直在研究整体级方案应用于未来的先进洲际弹道导弹(AICBM)、空中发射助推滑翔飞行器(BGV)、快速燃烧助推器和轨道运送飞行器(OTV).这些系统采用和以前不同的部件设计方案和材料,取得了一些研究成果.根据最近完成的详细研究表明,对于体积有限系统,级性能改善30%左右,对于重量有限系统,级性能改善15%.     

微机电系统引领航空技术新变革

微机电系统(MEMS)被认为是21世纪的一项“使能”技术,对航空工业的技术革新将产生重大影响.本文介绍了MEMS在航空领域的典型应用,包括微惯性测量系统、微型飞行器、微流控和灵巧蒙皮、集成光电器件、发动机智能控制等,并探讨了未来MEMS的发展趋势     

波音研究高速圆盘旋翼飞行器

最近，美国国防部预研局将波音公司研制的“圆盘旋翼”直升机进一步推进为一种融合圆盘旋翼一机翼一推进发动机的“高速圆盘旋翼”飞行器。这种变复合飞行器的飞行速度可以达到650千米／时，不仅可以高速飞到目标区，而且能在空中悬停，非常适合于执行作战搜索和营救任务。     

厘米级微型涡轮喷气发动机主要研究进展

厘米级微型涡轮发动机的发展日益受到重视。本文在总结国内外厘米级微型涡轮发动机研究动态的基础上，将其划分为3个大小级别。南京航空航天大学近年来对中等大小级别(直径6cm)微型涡轮发动机开展了系统的研究。本文给出了各主要关键技术的研究进展，包括：微型涡轮发动机总体设计技术，微流动实验及CFD技术，高速微转子动力学。微型涡轮、压气机、燃烧室等部件设计，微型涡轮发动机试车等。     

俄罗斯PC-90A1航空发动机完成认证

加盟彼尔姆发动机制造集团公司的“航空发动机”股份公司在2007年末收到了PC-90A1航空发动机认证的正式证书。PC-90A1航空发动机的认证试验持续了将近一年的时间，已于2007年12月顺利结束。     

微型涡轮喷气发动机发展综述

100 daN以下推力的微型涡轮喷气发动机能为微小型飞行器提供优质和可靠的动力,已成为国内外研究的热点.微型涡轮喷气发动机具有尺寸小、转速高、零件数少、工作时间长、推力易调节、红外辐射低、能重复使用等优点.其推重比已经超过11.0,已在无人作战飞行器、防空武器靶标、精确打击弹药、试验飞行器等装备上大量应用.本文从研发机构与代表产品、性能与结构特点、应用现状等方面,对微型涡轮喷气发动机20世纪50年代以来的发展情况进行了综述,可为今后国内研制高性能微型涡轮喷气发动机提供参考.随着进一步降低成本、提高推重比,微型涡轮喷气发动机将有更强的竞争力和更广的发展前景.     

脉冲爆震发动机的应用研究

与目前和不久的将来的推进系统相比,脉冲爆震发动机(PDE)具有明显的性能优势,并且有可能降低飞行器制造和执行任务的成本,因此在近年备受关注。本文主要讲述一些与PDE实际应用有关的问题:工作频率要求、理论频率换算规律、单燃烧室和多燃烧室对比、PDE实际工程应用以及影响PDE性能的诸多因素。     

高超声速强预冷航空发动机技术研究进展

高超声速强预冷航空发动机技术是1项具有巨大潜在技术优势的革命性动力技术,已成为高超声速动力的研究热点。 调研了国外具有代表性的强预冷发动机技术发展脉络及现状,并对不同发动机方案的典型技术特征进行了分析与总结;详细介绍 了中国在强预冷航空发动机热力循环设计分析、紧凑强预冷器设计制造和试验、超临界氦叶轮机设计、宽域进排气系统优化设计 及高效燃烧等技术方面的最新研究进展。国内外已有研究表明：高超声速强预冷航空发动机原理先进、综合性能优异,多项核心 技术已取得重大突破,无“卡脖子”难题;中国可进一步开展强预冷航空发动机核心系统和整机集成验证,提升强预冷航空发动机 技术成熟度,为水平起降重复使用高超声速飞行器研制提供有力支撑。     

航空燃气涡轮发动机状态监控和技术诊断导论

本文论述了航空燃气涡轮发动机状态监控和技术诊断科学产生的背景和意义。阐述了航空燃气涡轮发动机技术状态诊断任务分类,相关的重要概念,技术状态诊断的数学模型,技术状态分析,“正常技术状态”和“故障状态诊断算法”。最后,介绍了一些典型航空发动机状态监控和技术诊断系统的现状,讨论了系统远景发展目标和研究工作方向。     

中国航空学会航空小发动机学术年会将于四季度在温州召开

中国航空学会 (动力 )第三届小发动机、中国航空学会 (直升机 )第三届动力与传动学术讨论会 ,湖南省航空学会动力专业委员会 2 0 0 0年学术年会初定于 2 0 0 0年 4季度在浙江温州 (暂定 )召开。会议将由中国航空集团 60 8所和湖南省航空学会联合主办。会议将主要交流目前国内外中小型航空发动机发展动态和我国 2 0 0 0年后 ,中小型航空发动机的发展思路及展望 ;国内外微型航空航天飞行器动力装置发展动态及研究成果 ;近年来 ,中小型航空发动机在总体设计、部件设计、结构完整性、试验技术、测试技术、以及在使用、维修、排故、试飞、延寿等…     

基于HILBERT变换的航空发动机转速测量研究

精确测量的航空发动机转速信号是航空发动机控制系统及故障诊断的重要依据。首先介绍了目前常用的航空发动机转速信号的测量方法-直接测频法并对该方法误差进行了分析;其次根据航空发动机工作时的转速变化特性,详细描述了通过Hilbert变换求取瞬时频率来测量转速的方法,并对该方法的端点效应问题进行了处理;最后通过仿真发动机一个转速上升过程,计算得出瞬时频率(转速)及误差大小。结果表明,该方法对航空发动机转速测量可行。     

航空发动机先进控制概念和高稳定性发动机控制系统研制

简要介绍了近年来航空发动机控制概念和设计思想的发展趋势，着重分析说明了高稳定性发动机控制技术，高稳定性发动机控制技术的特点是将控制的重点放在单个部件上，通过减小部件稳定裕度要求或扩大部件稳定性工作范围来提高部件的性能并实现系统收益。习行试验结果表明，这种控制方法可以较精确地估算和适应发动机进气道畸变并进行实时控制，降低了对设计失速裕度的要求，提高了发动机性能和稳定性。     

中国军用航空发动机寿命验证与规划方法

军用航空发动机寿命验证是多学科交叉、多部门协作的系统工程。为了确保发动机寿命期内的使用安全性、可靠性和 经济性,一般按照“设计分析-零部件/成附件试验-地面整机验证-外场使用验证”的方法和流程进行,发动机寿命验证与规划工 作需要坚持顶层规划,分为“论证、设计、验证、使用、批产”5个阶段,针对不同阶段的特点各有侧重。整机寿命长试应合理选择时 机和方式,在性能验证阶段主要采用1∶1持久试车方式进行摸底,在性能鉴定阶段主要采用加速任务试车方式进行验证。能力渐 进提升是大型复杂装备的发展规律,需要科学把握航空发动机寿命验证和提升的关系,力争“寿命设计一步实现”,通过“地面试 验-外场使用-全寿命评估”的方式,实现“寿命逐步验证”。     

航空发动机滑动局部线性模型及控制

为了提高航空发动机的控制性能和控制系统的可靠性,提出一种基于粒子群算法的航空发动机局部小区域自适应滑动 的线性模型建立方法和双闭环自适应PI控制方法。在辨识区间内,以发动机转子转速为状态变量,采用在线实测数据和粒子群算法的参数估计方法,使模型辨识参数按照设定区间大小自适应跟踪滑动,从而保证线性模型能够精确逼近发动机的非线性动态。通过分析发动机燃油调节器的工作特性,建立了燃油调节器计量活门和电液伺服阀的传递函数,并根据所构建的模型,设计了航空发动机转子转速和燃油流量双闭环自适应PI控制系统以实现对航空发动机的精确控制。结果表明：利用局部滑动自适应辨识计算机得到的数据与发动机稳态、动态试验数据相吻合,且双闭环仿真控制性能满足航空发动机工作性能要求,表明所提出的航空发动机局部线性建模方法和自适应PI控制器参数算法对提高发动机的控制性能是有效的。     

基于神经网络逆控制的发动机直接推力控制

首次将动态神经网络逆控制用于航空发动机直接推力控制。为了有效消除由于神经网络逆模型构造误差(即神经网络逆模型不可能完全逼近航空发动机的逆模型)而产生的稳态误差和解决航空发动机推力不易测量的困难,分别设计了积分补偿器和推力估计器,从而实现航空发动机直接推力控制。飞行包线内数字仿真结果表明,此控制方案具有良好的动静态性能、精度高、跟踪快。