直接力与推力矢量复合伺服控制技术研究

随着飞行器控制技术的发展,直接力、推力矢量等控制执行技术在飞行器控制领域得到广泛应用。直接力与推力矢量都具有对飞行器姿态控制效率高,精度好等优良特点。直接力在调姿过程中,系统动态过程平稳,但对于大姿态偏差情况下,直接控制的系统调整时间较长;推力矢量控制在面对大姿态偏差情况下,系统调整时间较短,但系统动态过程平稳性较差。本文结合直接力与推力矢量控制特点,设计了直接力与推力矢量复合控制策略。以某飞行器为研究对象,建立了飞行器的动力学与运动学模型以及直接力与推力矢量模型,提出了直接力/矢量推力复合控制技术的分配策略。经仿真验证表明,复合控制方法及控制分配策略使控制系统具有较快的响应速度和控制精度。     

轴对称收敛——扩散喷管几何参数优化设计

本文通过对轴对称收敛－扩散喷管的四个主要几何参数（面积比AR，扩张半角β，收敛半角α，喉部园角半径与喉道半径之比Rt）采用二次回归方程，建立了在设计工况时轴对称收敛－扩散喷管推力系数CF与几何参数AR，β,α.Rt的数学模型，用随机射线法进行优化设计。本方法为排气系统轴对称收敛－扩散喷管方案的选择提供了优化方案。     

一种基于动态补偿技术的微小稳态推力还原方法

新型微推力器是未来微纳卫星的生力军,其设计、研制和应用都离不开推力性能测量的工程支撑。在设计和研究阶段,新型微推力器稳态力输出时间与机械式直接测量系统稳态调整时间之间存在匹配问题,无法利用测量系统的稳态响应直接还原推力大小。提出一种基于动态补偿技术的稳态推力还原方法,通过分析稳态力工作时间、稳态力大小与测量系统稳态响应之间的关系,提出了动态补偿器的设计原则和推力还原步骤,并进行了实验验证。研究结果表明：当稳态推力实际工作时间大于测量系统周期的0.25倍,且小于测量系统稳态调整时间时,可利用动态补偿器设计原则建立新的等效测量系统,使最终的输出达到稳态,并利用最终的稳态响应均值还原推力大小。     

姿控发动机喷管内流场及推力计算研究

运用时间相关法数值求解定常Ｎ－Ｓ方程和采用有限体积方法离散控制方程,对姿控发动机喷管内流场及其产生的推力进行了计算,得到了较为精细的流场图象。计算结果表明,不同壁面温度条件可以显著改变喷管壁面附近的流场结构及其产生的推力。     

推力矢量对飞机大迎角动态气动特性的影响

推力矢量是提高战斗机大迎角动态气动特性,提升其过失速机动能力和飞行品质的重要手段。新一代战斗机的高机动性要求也使气动和推力矢量的融合控制研究日益重要。针对中国空气动力研究与发展中心∅3.2 m开口低速风洞,研制了喷流模拟器和通气动态试验装置,建立了带推力矢量的大迎角动态试验技术。开展了不同减缩频率、不同落压比、不同喷管偏角时的大迎角俯仰振荡运动特性试验研究。结果表明：与无喷流试验相比,带喷流时模型的动态特性均随着落压比和喷管偏角的变化呈现规律性的变化;力和力矩系数形成的迟滞曲线面积随着落压比和偏角的增加而增加;减缩频率的变化对模型的动态特性影响小于无喷流时的影响。总的来说,推力矢量的影响未改变模型大迎角动态特性的基本规律,但是随着推力矢量角度和大小的变化,有规律地改变了模型动态气动力和力矩的变化幅度。     

轴对称推力矢量控制技术特点

在７０年代未８０年代初开始发展的推力矢量技术是二元收扩式矢量喷管。美国首先将其应用在Ｆ－２２飞机／Ｆ－１１９发动机组合上,随后各国竞相效法。俄罗斯和法国等都做过许多试验研究,俄国甚至做过装机试飞。但是随着研究的深人,研究人员发现二元收扩喷管的优点虽然很多,可缺点也非常明显,特别是移植到现役飞机上就相当困难。因此,各国又发展了其他形式的推力矢量喷管,其中轴对称推力矢量喷管最受青睐。目前,除Ｆ－２２／Ｆ１１９外,研制中的和现役的先进飞机几乎无一例外地都采用了轴对称推力矢量喷管技术。轴对称推力矢量喷管…     

轨/姿控火箭发动机推力矢量动态测试系统测量原理与动态性能

 基于国防和航天对轨/姿控火箭发动机脉冲推力矢量动态测试的重大需求,以压电石英为力敏,研制了压电式推力矢量动态测试系统。在探讨推力矢量描述参数及计算的基础上,提出了一种推力矢量测量方案。根据静力平衡原理,推导了求解推力矢量的一般方程。改进了非线性模态分析方法,以所获取的实际动态响应曲线为基础,建立了测试系统的理论动力学模型,利用拉普拉斯变换与逆变换、卷积定理,研究了系统的动态性能和脉冲推力测量性能。针对脉冲推力测量过程中所产生的误差,提出了一种基于理论动力学模型的加速度补偿算法。实验结果证明了测量方案和加速度补偿算法的可行性。     

YF—22原型机的推力矢量辅助机动试飞

为了研究和鉴定生产型Ｆ－２２的设计方案，在ＹＦ－２２先进战斗术机的原型机上采用了推力矢量技术，并对其进行了试飞，机体，飞控系统和推进系统被完全一体化。推力矢量命令由飞机的飞控计算机产生，并被传送给每台发动机的控制器，每台发动机的控制器独立完成计算，发出必要的命令把喷管动作筒定位到正确的矢量角位置，飞行试验证明，同现役战斗机比较，推力矢量技术增强了ＹＦ－２２跟踪时的操纵品质，提高了超音速持续转弯性能     

直升飞机发动机功率传递系数和尾旋翼效率的动态测试方法

本文叙述直升飞机尾旋翼推力、发动机功率传递系数等参数的动态测试方法和试飞结果,试飞结果表明,利用动态测试技术求取直升飞机的尾旋翼推力、功率传递系数等参数是成功的。     

基于相似变换的涡扇发动机智能动态推力估计方法

智能推力估计面临飞行包线大、工作状态多变带来的数据采集和处理问题,获得的训练数据难以覆盖整个飞行包线的各种过渡工作状态,为此本文提出一种基于相似变换的推力估计数据处理方法。通过机理分析选择推力估计器输入,以相似变换对推力估计的输入和输出数据进行处理,并设计了基于输入延迟的深层动态神经网络来实现动态推力估计。非训练数据区域的动态仿真结果表明,相似变换后,深层动态神经网络的最大推力估计误差降低了62.20%,平均误差降低了43.50%;未进行相似变换时,相比深层静态神经网络,深层动态神经网络的最大推力估计误差降低了43.42%,平均误差降低了2.35%,仿真结果表明了本文所提出的数据处理方法和动态推力估计结构有效性。     

Thrust measurement method verification and analytical studies on a liquid-fueled pulse detonation engine

In order to test the feasibility of a new thrust stand system based on impulse thrust mea- surement method, a liquid-fueled pulse detonation engine （PDE） is designed and built. Thrust per- formance of the engine is obtained by direct thrust measurement with a force transducer and indirect thrust measurement with an eddy current displacement sensor （ECDS）. These two sets of thrust data are compared with each other to verify the accuracy of the thrust performance. Then thrust data measured by the new thrust stand system are compared with the verified thrust data to test its feasibility. The results indicate that thrust data from the force transducer and ECDS system are consistent with each other within the range of measurement error. Though the thrust data from the impulse thrust measurement system is a litter lower than that from the force transducer due to the axial momentum losses of the detonation jet, the impulse thrust measurement method is valid when applied to measure the averaged thrust of PDE. Analytical models of PDE are also discussed in this paper. The analytical thrust performance is higher than the experimental data due to ignoring the losses during the deflagration to detonation transition process. Effect of equivalence ratio on the engine thrust performance is investigated by utilizing the modified analytical model. Thrust reaches maximum at the equivalence ratio of about 1.1.     

基于性能退化缓解的双发推力匹配控制

为了解决退化程度不同而导致的双发推力不匹配问题,首先介绍基于发动机性能退化缓解控制的双发推力匹配控制系统(在发动机基准控制系统的基础上添加外围控制回路实现对推力的间接控制,并通过设定双发共同遵循的期望推力减少由于发动机退化程度不同造成的双发推力差异),之后对该系统所涉及的推力设定、参数估计、转速指令修正等关键技术进行研究,最后在MATLAB/Simulink环境下进行仿真验证,结果表明:该系统可以在发动机参数限制范围内合理地设定双发共同遵循的期望推力,减少推力差异,满足自动协调双发推力匹配的设计要求。     

航空发动机推力直接测量飞行试验

建立了基于推力直接测量原理的发动机总推力计算模型,合理忽略了某些次要力简化了计算模型。在推力销上加装剪力应变桥路,建立载荷标定方程和温度修正方程获取发动机安装节推力;利用进气道测量耙测试参数,计算飞行中进气道冲压阻力和压差阻力。在某型飞机上开展了推力直接测量飞行试验,获得了某小涵道比涡扇发动机飞行总推力,并分析了空中平飞加速过程总推力和各推(阻)变化规律。结果表明:飞行马赫数处在约0.98~1.02时,总推力随飞行马赫数增大而急剧增大;高度为8km、飞行马赫数为1.42时发动机最大状态总推力相对值为123.78%,高度为11km、飞行马赫数为1.69时总推力相对值为119.70%,均高于相同状态地面台架推力值。通过分析进气道压差阻力百分比,验证了发动机空中总推力测量结果具有较高的准确性以及推力直接测量技术的可行性。     

矢量喷管偏转对发动机推力的影响

建立了轴对称矢量喷管数学模型和带这种矢量喷的发动机数学模型,研究了矢量喷管偏转时引起的发动机推力的变化。研究结果表明：喷管有的效矢量角与几何矢量角近似成正比;喷管偏转角较小时,喷管的流量系数及发动机的总推力几乎不同几何矢量角变化,喷管偏转角较大时,喷管的流量系数及发动机的总推力随和何矢量角的增大三小;发动机的轴向推力随着几何矢量角的增大而减小,发动机的侧向推力随着几何矢量角的增大而增大。     

一种多脉冲微推力的测量方法

 微推力测量技术是微推进器设计的关键技术之一,是微小卫星进行轨道保持、姿态控制的基础技术。多脉冲平均微推力的测量对于脉冲微推进器的特性研究有着重要的作用。对常用的微推力测量方法进行了总结,提出了一种多脉冲微推力测量的方法。基于二阶系统模型,利用傅里叶展开的方法,分析了在多脉冲推力作用下测量系统的动态响应。理论分析和仿真结果表明：在推力脉冲的频率远高于测量系统的固有频率时,系统的稳态转角同微推进器的平均推力成正比;可通过测量系统的稳态转角来获得平均推力大小;通过测量得到的平均推力,还可以获得总冲的大小。该测量方法可以有效避免推力信号的波动对于平均推力测量的影响。     

飞行过载及安装间隙对主安装节推力测量的影响

为了研究飞行过载和推力销安装间隙对推力测量结果的影响，根据安装节推力测量原理开展一系列推力校准试验，获 得了不同过载和安装间隙下的推力校准方程。通过结果分析得出飞行过载和安装间隙对推力测量结果的影响关系和解决措施。结 果表明：当飞行过载不超过2g 时，安装间隙为4～6 mm，且在发动机慢车以上状态时，可以忽略飞行过载和推力销安装间隙的影 响；当飞行过载超过2g 时，需要根据实际的过载系数和安装间隙对主安装节推力进行修正，以获得更高精度的推力测量结果。     

航空发动机全机推力试车台测力方法与校准技术

为了实现航空发动机全机推力测量,研制了一种航空发动机装机条件下的推力测量平台,该平台采用“品”字形布局,嵌入到地面的试验地坑以下,实现了对不同类型飞机的推力测量。介绍了测量系统以及校准方法,使用该测量平台,分别对某大型运输机和战斗机进行了推力测量试验,实现了该两型飞机的推力测量,测量精度高,由于进排气以及发动机安装位置的影响,全机推力测量平台所测得的发动机装机推力与台架标准推力相比存在一定差距,运输类飞机推力损失一般小于3%,战斗机损失达到了5%～15.1%之间。     

某型飞机反推力装置加载试验

由于反推力系统必须在模拟气动载荷下做试验,以验证反推力系统功能的安全可靠性。因此在液压系统地面模拟试验中需配置一套反推力装置加载系统,以实现对反推力在展开和收起过程中所受气动载荷的模拟。在简要介绍反推力系统及其加载系统的基础上,主要研究如何完成某型飞机反推力装置加载试验,并满足其性能要求。     

燃气喷射推力矢量喷管气固两相流数值模拟

利用Euler-Lagrangian方法模拟了固体火箭发动机燃气喷射推力矢量喷管气固两相内流场,研究了固体颗粒对喷管推力矢量性能的影响.气相采用Roe格式和MUSCL (monotone upstream-centred schemes for conservation laws)插值进行空间2阶迎风离散,时间推进采用隐式时间格式;固体颗粒相采用随机轨道模型计算颗粒轨迹,并与气相进行双向耦合.结果表明:固体颗粒的存在使弓形激波强度增强,但降低了推力矢量角和推力系数;颗粒质量分数相同时,粒径越大,推力矢量角和推力系数越大;颗粒直径相同时,颗粒质量分数越大,推力矢量角和推力系数越小.      

发动机反推力系统安全性设计

通过分析发动机反推力系统适航规章25.933、相关的适航咨询通告和背景资料,以及民用飞机反推力系统空难事故,获得了反推力系统设计的总体安全性要求,为国内反推力系统的安全性设计提供了重要的指导.运用系统安全性评估的方法对某型号反推力系统的初步方案进行了分析.结果表明:系统架构设计中存在单一故障导致反推力装置意外打开,不满足反推力系统总体安全性要求.为了消除该单一故障,提出了将同步锁的控制独立于反推控制器(EAU)的更改方案.这不仅明显提高了某型号反推力系统的安全性,也对以后其他型号反推力系统的设计具有重要的借鉴意义.