直升机用的两种先进涡轴发动机

T800是美国轻型直升机涡轴发动机公司(LHTEC)研制的第四代涡轴发动机,采用纯离心式压气机,高效率的整体式带沙尘分离器的进气道,装有全权数字电子控制系统和状态监控系统。该发动机已装在各种直升机上进行过3000多小时的试验,还完成了其功率增大型的关键设计评审。美国侦察攻击直升机RAH-66“科曼奇”也装有T800     

改进改型 推陈出新GE研制的T700最新改型

Ｔ７００是美国ＧＥ公司为美国陆军多用途运输直升机研制的双转子轴流离心式自由涡轮涡轴发动机,也是ＧＥ公司迄今研制的最成功的一种先进技术的涡轴发动机。该发动机是由美国国防部通过美国陆军航空系统司令部发起的一项研制计划。参加这项计划的还有美国汉密耳顿标准公司、克兰公司和利尔·罗梅公司等。Ｔ７００发动机于７０年代末投入使用,特许生产和合作生产的公司还有意大利的菲亚特公司、日本石川岛播磨重工公司、德国ＭＴＵ公司、欧洲燃气涡轮有限公司和ＧＥ加拿大公司等。Ｔ７００的功率为１１１８－１７８９千瓦。迄今军民用Ｔ７…     

直升机发动机市场依靠军品

美国军方正在调整其直升机机队构成,2011-2020年间,将在直升机领域实施几项重大计划,这为涡轴发动机制造商带来希望. 美国陆军对UH-60和AH-64直升机机队进行了改造和升级,美国海军也采购了大量MH-60直升机.因此,GE公司T700发动机的生产可以持续的到2015年.     

美国军用直升机动力装置研发进展

美国军用直升机动力装置在2013年取得了多项重大进展：启动全新的涡轴发动机技术预研计划,为新一代联合多任务（JMR）旋翼机发展动力技术;改进涡轮发动机项目进行了首台HPW3000和GE3000发动机的试车;未来经济可承受涡轮发动机预研计划进展顺利;GE38-1B发动机首次安装在CH-53K重型直升机上进行了测试,为今年的首飞打好了基础。     

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.      

武装直升机动力装置发展及研究

从60年代越南战争到90年代海湾战争,军用直升机在战争中的重要地位不容置疑。各军事大国竞相发展军用直升机。据统计,英、美、法、俄等国的军用直升机约占军用飞机总数的25％。而陆军拥有的直升机占军用直升机总数的60％。 军用直升机分为运输型直升机和攻击型武装直升机。近几年来以反坦克、空中格斗、地面火力支援的专用武装直升机倍受青睐。4～6吨起飞重量的专用武装直升机是研制发展的重点。正在研制的涡轴发动机以880～1050千瓦级的涡轴发动机最多。早期投入使用的T53系列逐渐改进后     

不断完善 不断开拓浅析欧洲直升机发动机发展近况

据据英国罗－罗公司预测,从现在到2008年,国际市场上将需要8945架装涡轴发动机的直升机,其中60％是民用直升机,其余为军用直升机。为了争夺直升机发动机市场,在欧洲以罗－罗公司为首的发动机制造商正在不懈努力,开发新产品和开拓新市场,使用于直升机的涡轴发动机处于世界领先水平。改进改型发展系列产品改进改型、发展系列产品历来是航空发动机商家用来节省经费、缩短研制周期和减少风险的发展途径。美国艾利逊公司在研制艾利逊250型发动机时就沿用了这种方法。该公司于60年代开始为轻型直升机研制250发动机,经过30多年的改进改型,…     

直升机/发动机系统变旋翼转速串行优化方案

提出了一种用于直升机/涡轴发动机综合控制的变旋翼转速串行优化方案.首先基于Levenberg-Marquarat(L-M)算法/一维最优搜索算法,在保证直升机飞行状态不变的情况下,寻优得到旋翼所需最小功率,再通过优化发动机操纵量,在保证发动机约束成立的条件下得到当前发动机运行最优工作点,即达到直升机巡航时油耗最小或者涡轮前温度最低.最后,在UH-60直升机/涡轴发动机综合控制仿真平台上进行了最小油耗控制模式的仿真,数字仿真结果表明了该串行优化方案的可行性.      

直/发综合控制的变旋翼转速串行优化方案研究

提出了一种用于直升机/涡轴发动机综合控制的变旋翼转速串性优化方案。首先基于Levenberg-Marquarat(LM)算法/一维最优搜索算法,在保证直升机飞行状态不变的情况下,寻优得到旋翼所需最小功率,接下来,再通过优化发动机操纵量,在保证发动机约束成立的条件下得到当前发动机运行最优工作点,即达到直升机巡航时油耗最小或者涡轮前温度最低。最后,在UH-60直升机/涡轴综合控制仿真平台上进行了最小油耗控制模式的仿真,数字仿真结果表明了该串行优化方案的可行性。     

美国军用直升机发动机计划进展

美国陆军近年来先后启动了5项未来直升机发动机预研计划,它们为陆军发展下一代先进涡轴发动机打下坚实技术基础。     

直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

航空动力百年回顾（三）

4　涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机　　涡轮螺旋桨发动机简称涡桨发动机 ,涡轮轴发动机简称涡轴发动机。二者都是航空燃气涡轮发动机家族中的主要成员。前者主要作为军、民用固定翼的中小型运输机和通用飞机的动力装置 ;后者主要用在直升机上。它们各自带动螺旋桨或旋翼 ,组成飞行器的推进装置。由于涡桨和涡轴发动机的原理和结构基本相同 ,所以常合称为桨轴发动机。4 1　工作原理和特点　　图 1的上部是涡喷发动机纵剖视图 ,下部则是涡桨发动机纵剖视图。二者主要部件相同 ,都有进气道、压气机、燃烧室和涡轮及尾喷管 ,因此有着相同的燃气发生器…     

不断改型 推陈出新涡轴发动机发展近况

涡轴发动机是直升机的主要动力装置。上世纪90年代以来,整个涡轴发动机市场处于萧条之中,没有一种全新的产品问世。但为满足直升机发展对动力装置的需求,透博梅卡、罗-罗、普惠加拿大和GE等公司纷纷将目光瞄准涡轴发动机的改型     

一种直升机/发动机系统最经济旋翼转速综合优化方法

为实现直升机/涡轴发动机的最经济运行,开展了直升机/发动机系统最经济旋翼转速综合优化方法研究。首先,建立简化的直升机需求功率性能计算模型与涡轴发动机性能计算模型,共同构成直升机/发动机综合系统性能计算模型;其次,围绕通过可变动力涡轮转速实现变旋翼转速方式,分别以最小直升机需求功率优化与最低发动机燃油流量为优化目标,进行最经济旋翼转速离线优化,并对比分析两种优化模式对直升机/发动机系统综合性能的影响,揭示不同工况对最经济旋翼转速的影响规律。结果表明：变动力涡轮转速下,优化直升机需求功率未必等同于优化直升机/发动机的总体性能,而桨叶固有的失速与压缩特性,会限制进一步实现直升机最经济运行的能力。此外,采用变动力涡轮转速实现变旋翼转速,几乎不影响压气机与燃气涡轮的工作线,沿着相同的工作线运行可获得更经济的直升机/发动机综合性能。     

基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

一种直升机自旋训练过程涡轴发动机控制规律设计与仿真

针对直升机自旋训练过程中涡轴发动机快速响应要求,提出了一种以燃油流量和导叶角为控制量的鲁棒控制规律抑制自由涡轮转速瞬态下垂.首先,通过改进UH-60直升机/T700发动机综合模型,使之能够模拟自旋进入及自旋恢复过程动态变化.其次,提出并设计一种基于燃油流量和导叶调节的涡轴发动机鲁棒控制规律,并通过典型的自旋训练过程仿真,验证了该控制规律相比仅以燃油流量为变量的控制规律,自由涡轮转速瞬态下垂量降低至3%以下,且燃油流量变化更加平缓,改善了执行机构的工作条件.     

基于在线滚动序列核极限学习机的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统设计,提出了1种基于在线滚动序列核极限学习机的非线性模型预测控制方法。综合考虑直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速、涡轮级间温度和压气机喘振裕度等信息,设计具有较好实时性、精度和泛化能力的多输出在线滚动序列核极限学习机作为预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差进行反馈校正,利用序列二次规化算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合平台的仿真环境中进行了直升机大幅度机动飞行仿真验证,结果表明:该模型预测控制器相比于传统串级控制具有更好的控制品质,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

新一代直升机发动机控制系统半物理仿真试验

美国陆军出资的一项关于涡轴发动机先进控制系统的研究计划已完成试验台试验阶段。在可变排量叶片泵(VDVP)上连接了一个多余度全权限数字式电子控制器(FADEC)。VDVP 用一个部件完成燃油泵供油和凋节,减少了零件数量、重量并提高热效率。FADEC 采用高带宽、低成本的商用高度集成电子元件。本文概述该系统在黑鹰直升机和加普惠 P&WC3000涡轴发动机实时计算机模拟器上的使用性能。为研究国内发动机数控系统提供技术支持,具有很高的参考价值。     

新的卡莫夫直升机计划

卡莫夫设计局已公开透露一项新的4～5座直升机计划,新直升机命名为卡-115,装一台功率为550轴马力的普拉特·惠特尼/克里莫夫PK206D涡轴发动机。     

一种变旋翼转速直升机/涡轴发动机非线性模型预测控制方法研究

为了实现变旋翼转速直升机/涡轴发动机快速响应控制,提出了一种基于神经网络的直升机旋翼预测模型与基于状态变量模型的涡轴发动机预测模型的新型非线性模型预测控制方法。所建目标函数除了包含转速控制指标外,还考虑了经两级变速双离合器传动机构传扭后发动机输出轴的转子动力学特性。不同飞行任务下的数值仿真结果表明:相对于PID控制器而言,非线性模型预测控制器可在满足压气机转速、发动机静强度等限制条件下使动力涡轮转速在变旋翼转速过程中的超调量减小50%,下垂量降至0.2%以内,实现了涡轴发动机的快速响应控制的同时,有利于改善发动机使用寿命。