半物理试验起动阶段低温燃油流量计量技术路径探究

针对装备数控系统的2个型号发动机分别在台架试验和飞行试验中发生的低温起动失败故障,从数控系统半物理试验燃油流量计量宽范围、快响应、高精度的测量要求入手,分析了试验的测量环境与涡轮流量计检定条件要求的环境存在的较大差异,在低温条件下燃油黏度提高,造成了流量系数减小,试验室测量流量示值小于实际流量,低温燃油流量测量准确度存在不可接受的偏差;阐述了发动机低温起动失败故障时供油不足,不能通过当前的流量测量方法进行确认和故障定位,提出了解决高响应低温小流量测量技术问题的研究路径及关键技术的方案和思路,主要方案和思路有：质量流量计串联标定法、常温涡轮流量计串联标定法、体积管串联标定法。     

基于模糊自适应PID控制器的自动调压技术

航空发动机模拟过渡态吹风试验是获取全尺寸进气道模拟过渡态出口流场特性的有效方法,试验中为精确控制进气道出口流量,需对抽气压力进行自动调节。提出采用具有控制精度高、鲁棒性强且能缩短系统进入稳态时间等特点的模糊自适应PID控制器,来实现抽气压力的自动调节。与常规PID控制器的对比验证表明,模糊自适应PID控制器能快速响应气流流量变化,抽气压力控制精度高、控制品质良好。自动调压控制系统很好地满足了航空发动机全尺寸进气道模拟过渡态吹风试验的需求,成功获取了发动机起动和加减速过程中进气道的流量特性、总压恢复特性和畸变特性,为发动机起动和加减速控制规律的制定提供了数据依据。     

带补偿的电动燃油泵流量控制研究

电动燃油泵作为多电发动机的主要控制部件，控制其快速准确地按需供油对发动机的可靠运行有着重要影响。以齿轮式电动燃油泵为研究对象，根据电动燃油泵流量与转速、进出口压差的关系，提出了基于压差补偿的开环控制方案，基于流量反馈的闭环控制方案，带压差前馈补偿的复合控制方案。通过建立电动燃油泵流量控制系统的AMESim/Matlab模型，分析了控制方案的稳态特性与动态特性。基于上述方案搭建了试验台，通过滚动测周法获得涡轮流量计的高精度实时流量，进行了流量控制试验。试验结果表明带压差前馈补偿的复合控制方案的稳态误差≯0.8%，流量波动≯1.2%，调节时间为1.44s，稳态特性和动态特性均可以满足发动机的控制需求。     

微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验

在某微型涡轮发动机控制系统开发过程中，为研究该发动机控制规律，提出一种半物理仿真和台架试验结合的研究方法。设计了包含电子控制器在回路的半物理仿真试验，通过分析原控制逻辑以及起动过程存在的问题，提出对起动控制规律的改进和优化，开展了基于原配电子控制单元和工控机的台架试验，验证了优化后的控制规律，并将其应用于控制器开发。本文提出的方法可避免大量的实物台架试验，缩短控制器的研制周期。     

考虑限制保护的航空发动机起动控制技术

涡扇发动机起动控制方法直接影响发动机的起动性能.为在发动机整个起动过程中持续获得高、低压转子转轴上的最大剩余功率,提出了1种涡轮前总温Tt4闭环控制规律用于设计涡扇发动机起动控制的方法.对于起动过程中可能发生的风扇、低压压气机、高压压气机喘振和失速问题,在设计的Tt4闭环回路前加入喘振裕度限制保护控制,并考虑到在起动过程的第1阶段中在起动机带转到发动机点火前Tt4回路不起作用的特点,对Tt4回路设计了积分冻结逻辑.仿真结果表明:在满足给定喘振裕度和涡轮前总温不超温的条件下,涡轮前总温Tt4闭环控制方法能够以持续的最大剩余功率使发动机从静止状态起动到慢车功率状态.     

压差控制器的稳定性分析和设计参数的研究

压差控制器是航空发动机燃油计量的重要部件,用于保持计量活门前后的压差恒定.为探究其控制压差能力的因素,研究了某型发动机加力系统中压差控制器的性能,分析并推导出其影响控压差能力的主要因素,并在AMESim仿真环境下对所得结果进行建模仿真,验证了所得结论的正确性.在此基础上对其进行合理的改型,为保证改型不影响系统稳定性,用小偏差原理对改型前后的压差控制器辨识,得到传递函数,确保改型并未损失其动态性能.最终得到改进压差控制器控压差能力的理论依据.     

燃油调节器起动供油特性研究

燃油调节器的起动供油特性的优劣,直接关系到发动机的点火能否成功。以弹用发动机燃油调节器起动供油装置为研究对象,建立起动供油系统的数学模型,并运用AMESim建立其仿真模型。重点分析了对起动供油特性起决定作用的关键部件——恒流量活门组件,得到了恒流量活门的初始开度、直径、节流孔直径、弹簧刚度、弹簧预紧力及喷嘴直径等设计参数变化对燃油调节器起动供油特性的影响趋势,为液压机械装置的设计、改进、改型和性能优化提供了理论依据。     

一种涡轴发动机系统应急状态快速响应控制方法

针对直升机应急状态下特殊快速响应需求,基于涡轮放气原理,提出了一种新的应急状态快速响应控制方法.在应急状态下,除了燃油控制外,同时将涡轮放气量作为发动机控制变量,采用多变量鲁棒方法设计了应急状态直升机/涡轴发动机三变量快速响应控制器,该综合控制方法不仅实现了直升机垂飞通道的控制,而且在保持输出功率通道稳定,即自由涡轮转速恒定的前提下,借助于涡轮放气实现了燃气涡轮转速的闭环控制,有效实现了发动机功率快速跟随能力.最后,以直升机UH-60/涡轴发动机T700综合模型为对象,仿真验证了在直升机应急状态急升-急降过程中,直升机垂飞速度、发动机自由涡轮转速以及燃气涡轮转速跟踪指令的情况,结果表明:相比传统的PID(proportional integration differential)控制,基于快速响应控制方法建立的闭环系统响应迅速,动静态品质良好,能够达到直升机应急状态的特殊设计要求.      

航空发动机试验燃油流量测量滞后故障仿真与排除

针对某型航空发动机起动燃油流量测量滞后、振荡及重复性较差的故障,建立了高空台燃油流量测试系统和发动机燃油控制系统数学模型,并进行了数值仿真分析,得出了供油管路内可压缩性气体是测量滞后的主要原因。通过故障再现试验,定量检验了管路内气体对燃油流量测量的影响,验证了仿真分析结果的正确性。依据仿真与验证试验结果,改进设计了燃油管路和操作程序,排除了故障。     

微型发动机温度限制保护闭环控制设计方法

针对微型涡喷发动机转子转速闭环设计的控制结构中涡轮出口温度对燃油供给率变化敏感的问题,尤其在快速推油门杆时可能会超温,提出了1种带涡轮出口温度限制保护的闭环限制控制器的设计方法。该方法采用了双回路的闭环结构方式,并采用控制参数相似变换的增益调度增量式PI控制方法,实现了稳态/过渡态的发动机转速、温度闭环控制,所述算法在Simulink环境下进行了地面和高空的仿真验证。结果表明:控制系统在保证转子转速伺服跟踪性能的要求下还具有温度保护功能。     

A novel low pressure-difference fluctuation electro-hydraulic large flowrate control valve for fuel flowrate control of aeroengine afterburner system

To address the control accuracy of large fuel flowrate during pressure fluctuation, a novel electro-hydraulic fuel metering unit (FMU) is constructed for afterburner fuel system of military aeroengine. Different from the previous FMU, the proposed FMU can achieve the higher precision opening control by a new metering valve with double control chambers (MVDCC), and realize the lower pressure difference fluctuation regulating by a novel two-stage constant pressure difference compensated valve (CPDCV) with dynamic damping orifice and damping piston. The experimental and AMESim simulation results verify the validity and superiority of the novel FMU. Since the temperature-induced variation in fuel properties and device capabilities may degrade or even impair the properties of novel FMU, the discharge flowrate is analyzed by global sensitivity analysis to research the effect proportion of each factor, the temperature effect is explored to ensure the working reliability in long-span temperature variation. Finally, the optimization of structure parameters for novel CPDCV can further reduce pressure difference fluctuation during pressure regulation, and the overshoot, adjust time and the integral of time multiplied by absolute value of error (ITAE) can be reduced by 24%, 30% and 26%, respectively. This paper provides a reference for improving the stability of large flowrate during pressure fluctuation.     

Redesign of an 11 cm-diameter Micro Diffuser

In order to improve the performances of an 11 cm-diameter turbine engine, this article suggests to substitute a new-style micro diffuser redesigned based on a new concept for the traditional diffuser having poor performances. The new diffuser comprises integral blades and splitters, which are taken for a series of ducts in designing. This article investigates the effects of the cross-section area distribution along the flow path on the redesigned diffuser's performances. Having furnished with the new diffuser in place of the original vaned one, the 11 cm-diameter prototype engine is tested on the rig for its performances. CFD and experiments have shown that the improved diffuser with the unchanged original size has gained excellent performance parameters of pressure coefficient over 0.65 and total pressure recovery coefficient over 0.9. Equipped with the redesigned micro diffuser, the engine increases the thrust by 11% and decreases the specific fuel consumption by 9%.     

全弹性稳态称重法微小流量测量系统

介绍了一种采用称重法原理的新型液体微小流量测量装置的工作原理与工作过程。系统采用全弹性连接方法设计,避免了常规称重法流量测量装置中非弹性连接管路造成的测量误差。采用压力补偿方法,修正由于压强对增压气体密度的影响。并以酒精为测试液体,进行了5种工况下流量测量试验。试验结果表明,该套微小流量测量系统工作稳定、可靠,可以精确测量出液体微小流量。     

全弹性稳态微小流量测量系统

介绍了一种采用质量测量法的液体微小流量测量系统的工作原理与工作过程.系统采用全弹性连接方法设计,避免了常规质量测量法流量测量装置中非弹性连接管路造成的测量误差.采用压力补偿方法,修正由于压强对增压气体密度的影响.并以酒精为测试液体,进行了5种工况下流量测量试验.试验结果表明,该套微小流量测量系统工作稳定、可靠,可以精确测量出液体稳态微小流量.      

厘米级微型涡轮喷气发动机关键控制技术研究

结合厘米级微型涡喷发动机自身特点, 从工程角度研究其关键控制技术.首先运用相似理论, 将参考发动机的起动控制时序变换适用于目标发动机的起动控制, 为了解决微型发动机起动困难问题还首次提出起动供油自校正技术.慢车以上状态采用系统辨识法建模, 通过仿真结合试验的方法设计了带可自动调整前馈的闭环PI调节器.试车试验表明, 研究的控制规律能控制发动机正常可靠运转, 满足各项性能指标要求.      

基于微型压力传感器阵列的边界层分离点检测方法

为了检测边界层的分离点,探讨了根据表面压力分布变化判定分离点的检测方法,提出了基于微机电系统(MEMS)技术和柔性衬底的微型压力传感器阵列的结构方案,可实现在线实时测量,并满足非平面表面的流体测量要求;同时提出了1种分离点检测的判定方法,并通过二维圆柱绕流仿真验证了该方法的正确性和有效性。微型压力传感器阵列的引入,拓宽了边界层分离点检测的解决途径。     

微小“T”型蒸发管蒸发率实验

研究了微小尺寸"T"型蒸发管燃油蒸发率在不同工况下的变化规律.实验中蒸发管入口空气常压.实验研究了气油比、蒸发管入口空气温度、蒸发管壁温度和蒸发管入口空气流速对蒸发率的影响.试验结果表明, 气油比、蒸发管入口空气温度和蒸发管壁温是影响蒸发率的主要因素.蒸发管入口空气流速对蒸发率的影响较小.该蒸发管在管壁和进口空气同时加温, 并且气油比大于4.5的条件下, 蒸发率接近100%, 蒸发效果好.      

基于低成本MEMS器件的MUAV导航与控制系统的设计

 针对MUAV（MUAV)定点飞行任务中姿态测量精度低所导致的机体不稳定问题,提出了一种在横侧向平面通过控制航向速率陀螺保证平飞,在纵向平面采用过载控制的办法控制高度的控制方法。在此基础上,设计了四航点压线导航方式,并通过飞行试验验证了纵向和横侧向平面控制的稳定性。试验结果表明,所设计的导航与控制方法,在低精度微机电系统（MEMS）的测量装置条件下,能够满足MUAV定点、定航线飞行任务的要求。     

一种用于主动流动控制的气泡型微致动器

 面向先进主动流动控制，在国内率先研发了一种基于微机电系统(MEMS)的气泡型微致动器阵列技术。分析了气泡型微致动器用于主动流动控制的原理，阐述了致动器结构及其加工工艺。通过对气泡样件的压力载荷 变形行为的测试，表明其具有较好的线性和较大承载能力。结合不同翼型的风洞试验表明，微致动器作动可以影响翼型表面的压强分布，从而可用于增升等控制目的。