飞机辅助动力装置引气特性计算方法

作为飞机环控系统与主发动机起动的气源,以目前广泛应用的带负载压气机结构APU(Auxiliary Power Unit)为研究对象,进行引气特性计算模型与计算方法研究.首先介绍了APU结构与引气工作特点,然后分析了建模时喘振控制阀SCV (Surge Control Valve)控制方法与APU共同工作机理,最后采用部件法建立了该类型APU引气计算数学模型.以某型APU为对象进行数值仿真并与实际试车数据比较,计算误差小于3％,表明所采用的建模方法是正确的,所建立的模型能够满足工程需求.     

辅助动力装置建模及数值仿真

为辅助APU(auxiliary power unit)的研发,以目前广泛应用的带负载压气机结构APU为研究对象,进行建模分析与研究.首先介绍了APU结构特点与调节规律,然后分析了负载压气机对APU共同工作的影响,最后采用部件法建立了该类型APU数学模型并设计仿真软件.以某型APU为对象,数值仿真与实际试车数据比较,结果表明所采用的建模方法是正确的,计算误差小于5%,所建立的模型能够满足工程需求.      

某型辅助动力装置地面起动过程故障分析

针对某型辅助动力装置在地面低温起动时多次发生的超温、喘振现象,进行了起动系统工作原理分析,并对比了起动成功和失败时发动机主要参数,详细研究了发生该故障的几种可能性,给出了解决方案。     

辅助动力装置导叶调节规律及对性能影响研究

以带负载压气机的辅助动力装置(APU)为研究对象,为实现进口导向叶片(IGV)在不同角度下引气流量与负载压气机出口流量的匹配设计,根据已有的IGV在30°,50°,75°和90°时对应的负载压气机特性,建立引气特性插值表,设计IGV开环控制规律,并在此基础上完成了引气量稳态变化、动态变化以及卸载过程数值仿真,分析了引气量改变对动力段压气机工作点和APU性能参数的影响。仿真结果表明,引气量在0.6~1.8kg/s范围内变化时,IGV开环控制规律能够根据引气量和环境大气调节IGV角度,确保负载压气机始终处于稳定、高效的工作状态。该控制规律在全包线范围内均适用,可以应用于APU引气匹配设计。     

基于功率保持的辅助动力装置引气性能计算模型

以带负载压气机辅助动力装置(APU)为对象,分析了其结构特点与工作原理,针对目前工程上常用的APU引气性能计算模型的不足,建立了基于APU与空气涡轮匹配的总体性能数学模型和负载压气机变几何部件特性插值模型。在此基础上,研究了APU功率调节规律,获得了轴功率负载、APU涡轮前温度、排气温度与负载压气机进口导叶角度之间的匹配关系,进而实现了APU全包线内和全工况下的引气性能计算。利用GTCP131-9A试验数据对模型进行了验证,结果表明:引气流量计算误差小于3%,引气压力计算误差小于4%;功率保持下的APU涡轮前温度限制值仅与轴功率负载大小有关,与进气温度无关。研究结论对于带负载压气机APU总体性能计算和调节规律设计提供了参考。      

基于动态故障树分析的民用飞机辅助动力装置系统安全性评估

在民用航空工业领域,传统的故障树分析方法广泛运用于系统安全性评估。然而,包含系统/子系统运行的时序阐述以及备份、冗余表达在内的动态特性不能通过传统故障树呈现。另一方面,民用飞机辅助动力装置(APU)经常作为一个冗余系统运作,因而其行为可以通过运用动态故障树进行适当的描述。所以APU的这种特性激发了动态故障树分析在APU系统安全性评估上应用的关注。首先介绍了两种动态门(优先与门和冷备件门),其定量计算通过施用马尔可夫模型来呈现;然后分别通过传统故障树以及动态故障树分析了APU系统安全性评估的两个典型案例;最后进行了两种故障树分析(FTA)的比较,其结果显示出通过合理的应用,动态故障树(DFTA)方法达到了对于真实情况来说相当高的精度,并且对指数分布函数施用二阶近似后,其运算成本也是可以接受的。     

辅助动力装置及其标准发展综述

简述了飞机辅助动力装置（ＡＰＵ）的重要作用及其发展过程，介绍了我国两项ＡＰＵ标准的主要特点及其在新机研制中的初步应用情况。     

辅助动力装置控制系统传感器智能解析余度方法

针对辅助动力装置(APU)控制系统传感器故障,提出了一种基于协方差优化集成极限学习网络(COSELM)的传感器智能解析余度方法。该方法能够根据在线序列预测误差的最小方差来自适应更新单个在线序列极限学习机的权重系数,发挥和权衡各个学习模型的优势,通过提高模型算法的稳定性和泛化性,改善传感器智能解析余度的精度。通过在某辅助动力装置控制系统传感器解析余度的验证表明,提出的COSELM方法可以解决传感器在发生偏置故障时的信号重构问题,重构误差不超过1%,适用于不同辅助动力装置个体,为其提供可靠的解析余度。     

某型飞机辅助动力装置起动故障浅析

结合某型飞机辅助动力装置工作原理,分析其起动故障现象,确定故障原因,并就日常维护中如何避免发生同类故障进行了总结。     

大型民用飞机辅助动力装置性能仿真

分析典型辅助动力装置(APU)系统的结构和气动热力学过程,采用面向对象的数值仿真方法,利用C++程序建立了APU各部件类;针对某150座级民用飞机选用的APU型号,将部件类组成具体的APU整机数学模型.依照此型APU的运行工况,完成了气动热力计算和非设计点性能计算,得到其设计点性能参数及用于飞机环境控制和主发起动模式下的工作包线及高度-速度特性、温度特性、负载特性.      

辅助动力装置环形回流燃烧室数值研究

利用Fluent软件计算辅助动力装置(auxiliary power unit,简称APU)环形回流燃烧室三维两相喷雾燃烧流场,研究不同进口温度和油气比对两相喷雾燃烧流场的影响,采用标准 k-ε 模型模拟湍流黏性,离散相模型(DPM)追踪油珠运动轨迹,燃烧模型采用非预混平衡化学反应模型.计算结果表明:随着进口温度和油气比的增加,燃烧室出口温度相应增加,但温度分布规律基本保持不变;计算结果与试验测量结果比较吻合,说明采用的数学模型和计算方法可用于预估实际APU回流燃烧室三维两相喷雾燃烧流场.      

航空发动机进口温度畸变参数和防喘控制系统设计

主要研究了航空发动机防喘控制系统的设计和研制，特别是研究了当战斗机发射导弹时温度畸变对发动机的影响。引入的温度畸变参数包括：进口相对平均温升δT；进口温升率dT／dt；当量热区角Φe；连续温度畸变时间tB。通过试验和数据分析的方法得出发动机防喘控制系统的设计准则，发动机防喘控制系统的研制和飞行试验证明了该设计准则的正确性。     

Pneumatic pressure control based on improved NMPC and its application to aeroengine surge simulation

In the semi-physical simulation of aeroengines, using the pneumatic pressure servo control technology to provide realistic pneumatic excitation to the sensors and electronic controller can improve the confidence of the simulation and reduce the test cost and risk. However, the existing methods could not satisfy the precise simulation of large-amplitude and high-frequency pulsating pressure during aeroengine surge. In this paper, a pneumatic pressure control system with asymmetric groups of the High-Speed on–off Valve (HSV) is designed, and an Improved Nonlinear Model Predictive Control (INMPC) method is proposed. First, the volumetric flow characteristics of HSV are tested and analyzed with Pulse Width Modulation (PWM) signal input. Then, a simplified HSV model with the volume flow characteristic correction is developed. Based on these, an integrated model for the whole system is further established and used as the prediction model in INMPC. To improve the computational speed of the rolling optimization process, the mapping scheme from control signal to PWM duty cycle of HSVs and the objective function with exterior penalty function are designed. Finally, the random step, sinusoidal and real engine surge data are set as the reference pressure in multiple comparative experiments to verify the effectiveness of the pressure tracking system.     

Improving EGT sensing data anomaly detection of aircraft auxiliary power unit

The reliability of the on-wing aircraft Auxiliary Power Unit (APU) decides the cost and the comfort of flight to a large degree. The most important function of APU is to help start main engines by providing compressed air. Especially on the condition of sudden shutdown in the air, APU can offer additional thrust for landing. Therefore, its condition monitoring has drawn much attention from the academic and industrial field. Among the on-wing sensing data which can reflect its condition, Exhaust Gas Temperature (EGT) is one of the most important parameters. To ensure the reliability of EGT, one kind of data-driven anomaly detection framework for EGT sensing data is proposed based on the Gaussian Process Regression and Kernel Principal Component Analysis. The situations of one-dimensional and two-dimensional input data for EGT anomaly detection are considered, respectively. The cross-validation experiments are carried out by utilizing the real condition data of APU, which are provided by China Southern Airlines Company Limited Shenyang Maintenance Base. The anomalous stuck condition of EGT sensing data is also detected. Experimental results show that the proposed EGT sensing data anomaly detection method can achieve better performance of false positive ratio, false negative ratio and accuracy.     

局部喘振频率特性及估算方法

基于跨声速压气机实验,获得局部喘振现象轴向、低频、轴对称的频率特征;从局部喘振现象的物理本质出发,证明其与Helmholtz共振腔模型在物理上是相似的,采用Duct-Compressor-Plenum模型发展了实验台系统Helmholtz频率的估算方法,估算结果与实测的局部喘振频率基本一致;为了实验验证局部喘振与系统频率之间的关系,通过改变Helmholtz共振腔模型特征参数进行了跨声速实验,结果表明:局部喘振频率随着系统Helmholtz频率的下降而减小,并且两者的频率值也趋于一致,证明了局部喘振频率就是系统Helmholtz频率这一结论.      

航空发动机消喘控制系统设计与试验

研究了航空发动机消喘控制系统的设计方法、航空发动机逼喘试验方法、消喘控制器在回路的数字仿真,并在发动机台架和飞行台上进行了发动机消喘控制系统的试验验证.试验结果表明:通过有效的控制器在回路的数字仿真试验,可以优化控制参数,设计一套可靠的发动机消喘控制系统.