某涡扇发动机转速摆动故障研究

某涡扇发动机在地面台架试车及外场使用过程中,频繁出现慢车状态、60%-70%状态、大状态转速摆动故障,严重影响了用户正常使用。通过对该发动机燃油调节器的工作机理、转速调节模式进行分析,指出转速摆动故障与转速调节器调节精度存在关联,并提出改进措施和外场排除方法。     

航空发动机高压转子转速摆动故障分析与排除

针对某型发动机高压转子转速摆动故障,详细分析了油门杆稳定时地面和空中多次出现高压转子转速无规则摆动、其 他参数随动的故障现象,阐述了高压转子转速受综合电子调节器、燃油系统、转速调节系统等控制的控制原理,剖析故障机理,制 定了故障树。结合故障树,列举了进口温度感受附件、综合电子调节器、燃油系统、转速调节系统等4种故障。采用故障树分析法 找出故障原因,分析薄弱环节。经对4种故障原因逐条分析,排除了进口温度感受附件、综合电子调节器、燃油系统等因素,确定 转速调节系统中加速控制器未完全退出工作是转速摆动的原因。针对波动量较大的发动机,调整加速性至合理范围,进行地面试 车和飞行等外场排故验证。结果表明：发动机工作参数正常,高压转子转速摆动现象消失,发动机推力稳定。故障得以排除。     

某发动机燃油调节器高空供油特性调整研究

某型教练机装用的涡扇发动机在外场使用时出现了高空转速低于规定值的问题,根据发动机工作原理可知,该问题是燃油调节器供油量与发动机需油量不匹配所造成的。本文从燃油调节器工作原理出发,通过理论计算、仿真分析及试验验证的方法,研究燃油调节器的流量调整钉对高空燃油特性的影响。     

某型涡扇发动机用燃调产品停车电磁阀泄漏影响性的AMESim仿真分析

某型涡扇发动机用燃油调节附件产品在参加发动机试车过程中,发动机曾出现随机的尢规律转速摆动、压差不稳现象,经多次模拟均未能成功复现。相关专家通过对发动机及燃油分布器产品的分析,倾向认为影响转速摆动的因素可能是在燃油分布器停车电磁阀的密封性能上。本文通过AMESim仿真软件,对停车电磁阀泄漏的影响进行仿真分析和验证。     

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。     

某型航空发动机燃油流量调节器建模与故障仿真

以某型发动机燃油流量调节器为研究对象,根据其工作原理和物理结构建立了数学模型。利用小波对某状态下的试车数据进行滤波,然后进行仿真,从而验证了模型的正确性。分析了燃油流量调节器的典型故障,并仿真计算了燃油流量调节器在膜盒老化和变计量油孔磨损、堵塞的故障模式下的供油量。计算表明：对于燃油流量调节器的供油特性,膜盒老化的影响不大,而变计量油孔的磨损、堵塞的影响十分显著。     

航空发动机燃油分布器故障分析与参数优化

燃油分布器对供给发动机的燃油流量进行调节,进而改变发动机的转子转速、涡轮前温度等状态参数,它的工作特性也影响着发动机的加速性、稳定性等性能参数。在发动机地面台架试车过程中,发动机出现了转速下掉的故障,初步认为是燃油分布器工作不正常导致的。在对该型燃油分布器工作原理分析的基础上,利用AMESim软件构建相应的仿真模型,再现了工程实践中出现的发动机转速掉转的故障现象,分析并对其结构参数进行了优化。仿真结果为排故、系统的性能了解和改善提供了技术依据,本项研究已经成功应用于工程实践。     

航空发动机转速摆动问题研究

针对某型航空发动机闭环转速控制器引起的转速摆动问题进行研究,分析得出转速控制器是一个典型的比例积分控制器,并建立了转速控制器的AMESim模型。通过模型得到转速控制器的频率特性,发现其截止频率与转速摆动频率重合。分析指出转速摆动量与比例控制器精度的关系,找到了转速摆动的根本原因,并通过设计稳态试验台实现了验证,指出了解决转速摆动和提高控制精度的方法。     

涡扇发动机滑模参数限制调节器设计与仿真

以涡扇发动机参数限制保护为目标设计了一种滑模(SM)调节器.采用区域极点配置的混合范数综合法设计了滑模调节器的反馈增益系数；根据全局渐近稳定性判据验证了本滑模控制仿真的稳定性；基于滑模调节器在仿真环境中进行了控制系统的建模，对不同的滑模可调参数切换增益进行了比对分析，并选取了某一组切换增益值作为后续仿真的基准参数；仿真对比分析了滑模调节器和线性调节器的调节效果.结果表明:基于滑模控制方法所设计滑模参数限制调节器在发动机过渡态过程中对发动机进行主控，克服了线性参数限制调节器在过渡态过程几乎无法实施控制的缺点； 该设计的滑模参数限制调节器能在7s内实现发动机过渡态的参数限制保护功能.      

燃油调节器壳体裂纹失效分析

针对某型燃油调节器壳体裂纹故障提出一种分析定位方法。通过实物质量分析、光谱分析和ANSYS结构强度仿真,排除材料缺陷和设计缺陷,将故障问题逐渐收敛定位于外部载荷环境的影响,结合断口和疲劳试验载荷谱利用裂纹疲劳弧线反推分析萌生裂纹机理,采用列表梯形法计算出壳体裂纹萌生寿命,将故障分析定位在高周疲劳试验区间。根据高周疲劳寿命试验数据进行频谱扫描,分析高周疲劳试车中发动机转速频率特性、燃油调节器固有频率,并统计试车累计工作时间。结果表明:外部激励频率与燃油调节器的固有频率存在频率上的重合导致了共振失效。为燃油调节器裂纹故障的分析定位提供了思路和方法,可为航空发动机控制体系的发展与研究提供技术支持。     

基于显式预测控制的涡扇发动机控制器设计

模型预测控制因其能够较好地处理涡扇发动机约束问题且实现多变量控制而具有较大的应用潜力。为了解决传统模型预测控制算法在实际应用中存在运算量大、实时性较差的问题,基于显式模型预测设计了航空发动机多变量控制器。在控制结构上采用多速率双闭环系统,保证了控制精度;在计算上通过多参数规划将在线优化问题转化为线性函数计算问题,大幅度减少了计算量;在发动机从开环切闭环的过程提出一种增量式切换方法,实现无扰切换。数值仿真和硬件在环仿真结果表明,转速和压比稳态误差分别不超过±0.25%和±1%,控制器在25ms控制周期内能完成计算,满足嵌入式系统实时性要求。     

民用涡扇发动机起动过程改进的分段组合控制计划研究与试验

针对某型民用涡扇发动机,将n-dot闭环控制算法应用于涡扇发动机起动过程,设计了涡扇发动机起动过程开环与闭环分段组合的控制计划,仿真表明:涡扇发动机起动过程采用n-dot闭环控制算法在初始阶段会出现参数摆动的情况.为此,基于油气比作控制变量进行消喘的原理,对n-dot闭环控制算法进行了改进,以消除起动初始阶段的参数摆动.试验结果表明:改进后的分段组合的控制计划能够有效抑制参数摆动现象;并且,对于不同大气条件的起动测试,起动过渡态过程高压转子转速的数值差距不大于1.0%,延时不超过0.9s;而对于不同飞行状态的起动测试,起动过渡态过程高压转子转速的数值差距不大于1.0%,延时不超过1.2s,具有良好的稳定性和重复性.      

某型涡扇发动机振荡现象分析

在试车时,某型涡扇发动机经常发生高转速下的振荡现象。运用小波变换的方法,对比各信号突变点的时序,发现控制器是发动机发生振荡的原因;发生振荡时,发动机同时在加速控制回路和转速控制回路中运行,转速回路的切入切出通过微分环节将脉冲信号引入了回路,从而使发动机产生了振荡。     

航空发动机增益调度控制的多项式平方和规划方法

针对现有的线性变参数(linear parameter varying,LPV)控制器设计方法都是关于仿射参数依赖系统而没有专门针对多项式描述的LPV系统这一现状,提出了一种基于多项式平方和(sum of squares,SOS)规划的增益调度控制设计方法,并将其用于转速大范围变化时的航空发动机高压转子转速及压比控制.根据发动机非线性模型获取不同转速下的状态空间模型,并利用多项式拟合的方法建立发动机线性变参数模型.给出能够保证无静差的增益调度控制结构,利用有界实定理和多项式平方和理论推导出能够保证闭环系统鲁棒稳定的SOS约束条件,并形成控制器求解的SOS规划问题,通过求解获得多项式描述的增益调度控制器.分别以LPV模型和发动机非线性模型为对象做阶跃仿真,结果表明:高压转子转速/发动机压比控制系统的调节时间在2s以内,稳态误差不超过0.1%.      

Direct thrust control for multivariable turbofan engine based on affine linear parameter-varying approach

A novel turbofan Direct Thrust Control(DTC) architecture based on Linear ParameterVarying(LPV) approach for a two-spool turbofan engine thrust control is proposed in this paper.Instead of transforming thrust command to shaft speed command and pressure ratio command, the thrust will be directly controlled by an optimal controller with two control variables. LPV model of the engine is established for the designing of thrust estimator and controller. A robust LPV H∞filter is introduced to estimate ...     

基于模糊Takagi-Sugeno模型的发动机转速鲁棒控制

基于某航空用二冲程活塞式发动机的非线性模型, 利用扇形非线性特性得到了发动机模糊Takagi-Sugeno(T-S)模型;基于该T-S模型, 采用系统增广的方法研究了无静态误差转速控制器;设计中考虑了鲁棒H∞性能, 使得该非线性系统的模糊控制器具有较好干扰抑制性能, 并在Lyapunov稳定性理论基础上建立了该系统渐进稳定的线性矩阵不等式条件;最后通过系统仿真算例验证了所设计控制器的有效性.      

基于辅助进气门的进气道/发动机一体化稳定性控制研究

为了实现发动机在大机动飞行时高品质稳定运行,提出了一种基于辅助进气门调节的进气道/发动机一体化稳定性控制方法。基于进气道CFD模型,通过飞行条件和辅助进气门开度计算出口性能参数,考虑总压畸变对风扇特性的影响,建立了进气道实时模型和总压畸变模型,并将其与发动机部件级模型匹配,建立进/发一体化模型。为了直接控制发动机安全裕度,选取发动机部分可测参数作为输入,通过非线性拟合方法建立风扇喘振裕度实时估计模型,相比于直接压比控制可以充分发挥发动机的潜能。进/发一体化控制是通过调节辅助进气门开度,控制进气道出口总压恢复系数,以满足发动机进口截面需求,并基于H∞鲁棒控制实现对发动机的转速和安全裕度的控制。仿真结果表明,所提出的方法可以实现发动机在大机动飞行过程中安全稳定工作,推力损失不超过2%。     

基于新型音轮的涡桨发动机桨距-相角-转速一体化测量研究

为了有效解决多传感器安装的困难和音轮转子不平衡问题,研究了一种基于新型音轮的涡桨发动机桨距-相角-转速一体化测量方法,提出带有多个常规齿和一组对称标志斜齿的新型音轮结构,经过信号处理模块把传感器波形调理成方波,分析方波边沿时刻就能获取螺旋桨的桨距、相角和转速。通过COMSOL数值仿真研究了不同音轮结构对电压波形及测量精度的影响,设计了涡桨发动机桨距-相角-转速一体化测量试验台。试验结果表明,在非极端齿位差角范围内,桨距和相角的误差曲线呈现很好的线性特性,经过线性补偿修正后,桨距、相角和转速测量精度可以分别控制在±0.7%,±0.05%和±0.027%,可以满足涡桨发动机控制精度需求。     

基于直升机/涡轴发动机综合仿真平台的发动机非线性模型预测控制

 基于具有可靠置信度的直升机/涡轴发动机综合仿真平台,研究了涡轴发动机带约束优化的非线性模型预测控制(NMPC)技术。首先通过设计多输出迭代约简最小二乘支持向量回归机(RRLSSVR),训练具有较好实时性、精度及泛化能力的内嵌式预测模型,在高度0~5 km、前飞速度0~75 m/s范围内模型精度达5‰。其次,考虑了扭矩、燃油流量、动力涡轮转速、燃气涡轮转速等综合信息及相关约束对控制效果的影响,利用在线序列二次规划(SQP)算法实现滚动优化控制,而后加入目标转速偏差的积分项以消除静差,保证输出恒定。最后,通过对直升机进行机动飞行大扰动仿真验证了该预测控制器对扰动的抑制能力,相比传统串级PID控制,能够显著降低动力涡轮转速下垂/超调量,达到更好的控制品质。     

轴流压气机旋转失速与喘振的实验研究

本文运用热膜和动态三孔针对孤立转子和多级压气机的旋转失速和喘振现象作了详尽的试验研究。基于频谱中多种频率并存的事实,提出翼型分离导致两类自激振荡的论点。根据多级压气机的试验结果,对其稳定工作边界的性态作了分析和讨论。