航空发动机燃烧不稳定性预测及控制研究进展

燃烧不稳定性问题广泛出现在各类航空发动机燃烧室内，该问题是火焰非定常热释放和声波充分耦合的结果，发生时伴随着大幅度的压力脉动，严重威胁发动机的稳定工作及结构安全。目前，包括中国在内的各航空发动机研制国家在多数发动机型号的研制过程中，均遇到了严重的燃烧不稳定性问题，且发动机越先进，该问题越复杂且难以解决。在深入认识其发生机理的基础上，对其进行准确预测并设计有效的控制手段，对航空发动机的研制具有重要意义。系统阐述了该问题的研究现状，介绍了燃烧不稳定性问题发生关键，即军用的钝体燃烧加力燃烧室和民用的贫油预混环形燃烧室的非定常流动及火焰响应特征。综述了该问题研究常用的燃烧不稳定性声网络预测分析模型，重点报告了为了耦合考虑燃烧室声软壁面被动控制设计，团队所发展的三维燃烧不稳定性预测控制模型。基于该模型，介绍了壁面声衬参数及布局对燃烧不稳定模态控制效果影响的研究进展，为先进发动机燃烧不稳定性的排故提供技术储备。     

带不等式约束的发动机预测控制

航空发动机模型参数随外界条件变化很大，在整个飞行包线实现最优控制具有一定的难度。根据预测控制在线寻优的特点将其应用于航空发动机控制，并考虑到发动机的安全限制继而构造了带不等式约束的预测控制器。     

制造过程质量预测与控制系统设计与实现

介绍了制造过程质量预测与控制软件系统的功能,构建质量预测模型和应用模型进行质量数据预测的典型过程、相关方法和技术,重点介绍了制造过程质量预测与控制软件系统中质量预测模块的设计与实现,质量预测模块应用决策树、关联规则和线性回归等方法构建质量预测模型并应用模型进行质量数据预测。     

基于安全性的航空发动机控制软件测试技术

针对航空发动机控制软件安全性需求的验证问题,提出了基于需求模型与安全性分析结果的软件测试技术。从软件需求的结构化描述和软件安全性分析结果中的失效和危险因果关系链出发,研究并制定了符合航空发动机控制软件特点的测试用例生成方案,给出了程序化的自动实现算法,并描述了在某重点发动机型号的工程实践情况。     

基于TBS 的航空发动机技术风险识别方法研究

为提升中国航空发动机研制项目中技术风险的管控能力,根据航空发动机的研制特点,提出1种基于技术分解结构的航空发动机技术风险识别方法。该方法涵盖技术分解结构的构建方式、技术风险的识别方法和排序方法等内容,通过在实际发动机研制项目中的应用,证明该方法有效、可行,能够实现技术风险完整、合理地识别,同时提出了该方法在应用过程中应注意基于TBS的技术风险识别为动态过程等问题,为中国航空发动机研制行业技术风险的识别提供参考。     

航空发动机技术成熟度评价方法应用研究

为提升中国航空发动机研制项目中技术风险的管控能力,支撑项目决策,根据中国航空发动机研制特点,结合国外技术成熟度评价的成功经验,提出了1套适用于中国航空发动机研制的技术成熟度评价方法,重点针对航空发动机全生命研制周期内的技术成熟度等级控制要求、关键技术元素的识别方法、技术成熟度等级评价标准、技术成熟度评价工具等方面进行了介绍。通过选取典型项目作为试点进行验证,证明该方法有效、可行,能够实现项中技术风险的识别与管控,为中国航空发动机研制中技术成熟度评价方法的应用提供借鉴。     

航空发动机多模型预测滑模控制

针对航空发动机是一个不确定性的强非线性系统,借鉴多模型方法和预测控制思想,提出了航空发动机多模型预测滑模控制。对航空发动机飞行包线进行划分,建立了航空发动机状态空间多模型;对每个模型分别设计了预测滑模控制器,以滑模轨迹为预测模型,进行滚动优化、反馈校正求取控制量,并根据前几时刻与发动机的匹配程度选择当前时刻的控制器;推导出了其稳定性的条件。仿真结果表明,所设计的控制器控制效果令人满意,能有效抑制参数摄动和干扰的影响。     

基于工作分解结构的国产军用航空发动机研制经费估算模型研究

军用航空发动机的研制具有难度大、风险高、周期长的特点,在立项论证阶段对研制经费进行合理估算,对项目的顺利执行和目标的有效实现具有十分重要的意义。针对上述现实需求,总结了国产军用航空发动机研制的特点,建立了研制工作分解结构,分析各项工作的主要费用影响因素。并收集相关项目的研制经费数据,以订购目标价格等作为自变量,运用偏最小二乘法,建立了研制经费估算模型。经过验证,模型估算效果较好,可以为项目的立项决策提供有力方法支撑。     

基于级间放气的发动机防喘控制

航空发动机一般会采用级间放气和导叶调节等控制措施来保障压气机的稳定工作,防止压气机喘振造成发动机损坏。对某型航空发动机的级间放气控制技术进行分析和研究,利用FADEC控制放气阀动作,控制软件预设放气调节计划,根据发动机实时状态计算合适的放气阀位置需求,通过PID控制实现阀无级调节,使放气阀在发动机整个工作过程中自动保持需求的打开位置,提高压气机喘振裕度,同时提出了喘振检测及退喘控制方法,并进行试验验证,结果表明该技术合理可行。     

增广预测模型的航空发动机多变量约束预测控制

针对模型不匹配导致的模型预测控制性能下降的问题,提出了一种基于增广预测模型的航空发动机多变量约束预测控制器设计方法。在现有发动机状态空间模型基础上,将指令跟踪误差与系统状态的变化量增广为状态向量,设计增广预测模型以消除稳态跟踪误差,以控制量所需能量与模型预测输出误差最小为目标,利用带约束的序列二次规划（SQP）算法在线滚动优化控制变量。通过某型涡扇发动机非线性部件级模型的包线内不同状态下仿真分析,结果表明,控制系统无稳态误差,调节时间<2s,有效提高了发动机控制品质,实现了对输出量的限制管理。     

主动控制与综合控制

重点论述了任务适应性机翼，层流和涡流主动控制、自适应结构载荷控制等几项目前国外研究较多且效果显著的新型主动控制子功能以及国外在综合飞行／火力控制技术和综合飞行／推力控制技术方面的研究和应用情况。对国仙在该两项技术方面的研究现状进行了简要评述。最后，结合我国的实际情况提出了开发这两项高技术在组织管理、开发队伍和研究重点等方面的意见和建议。     

卫星姿态控制的一种鲁棒控制方法

针对含有不确定性的Delta算子离散系统,研究了其鲁棒控制问题。鲁棒控制律的存在条件及设计由线性矩阵不等式描述,便于求解。将所得结果应用于卫星姿态控制系统的设计,以解决对模型进行线性化处理时产生的误差。针对所得控制律进行了仿真研究,结果证明了方法的有效性。     

可重复使用航天器反作用力控制系统控制方法

可重复使用航天器(RLV)再入过程初期,反作用力控制系统(RCS)是其姿态控制的主要手段,优化RCS控制方法可以降低RCS总冲需求并提高系统动态响应,以提高航天器的任务载荷和任务可靠性。以某跨大气层飞行器RCS为研究对象,给出了RCS模型和3种RCS控制方法,并进行仿真计算分析3种方法在完成特定飞行任务时的姿态控制效果及总冲需求。仿真结果表明:3种方法均能完成飞行器姿态控制,并各有其优缺点。本文的研究将为RLV飞行控制系统控制率设计提供有效参考。     

线性/自适应变结构复合控制

研究了切换线斜率对系统性能的影响，对误差自适应滑模区的存在条件和可达条件进行了探讨，根据这些条件，提出了一种能实现误差自适应变结构的切换函数。为了消颤，对这种变结构引入了死区，在死区内实现PID控制。把两种方法复合，就形成了一种线性/自适应变结构复合控制技术。最后，飞航导弹过载控制的举例说明了这种技术的应用。     

航空综合火力控制系统及制导武器

简述了航空火力控制系统的发展及航空火力控制原理，阐述第三代航空火力控制系统的特点。介绍了制导武器的相关概念及特殊用途的制导导弹和制导炸弹。最后展望了综合火力控制原理的发展趋势。     

辅助驾驶员操纵的预见显示及预测控制

针对人具有预见、预测能力和驾驶员操纵品质要求,提出了辅助驾驶员操纵的预风显示及预测控制方案。应用预见控制技术对驾驶员最优控制模型,显示与控制协调性合成设计的预见加速显示进行了研究,建立了驾驶员跟踪目标信号的最优预见控制模型和基于系统状态的预见加速显示的人机预测控制结构。用非零和协调性动态规划法进行驾驶员－显示器－控制器的最优协调性合成设计。可减轻驾驶员的操纵负担,提高了飞行品质和主观评价。     

模糊控制在雷达天线控制系统中的应用

针对目前在雷达天线控制系统中采用数字PID控制存在超调量大、响应时间长等不足，分析比较了数字PID控制和模糊控制的不同特点，介绍了模糊控制在雷达天线控制系统中的应用。     

控制分配在复杂飞行控制系统中的应用设计

在常规反馈控制设计的基础上,将控制分配技术应用到多操纵面飞控系统的设计中,从而合理、有效地解决多个操纵面的协调操纵和综合分配问题,并应用控制分配算法完成综合飞行/推力矢量控制和操纵面故障重构控制两类应用设计。仿真表明,多操纵面飞控系统设计能够提升飞机机动性和安全可靠性,设计方法具有较好的工程应用价值。     

基于多模型的飞控系统自适应重构技术研究

针对飞控系统执行器故障引起参数大范围跳变的问题,提出了一种基于多模型的自适应重构控制方法。建立了执行器故障参数模型,根据故障的特征模型设计一系列并行的辨识模型,采用固定模型与自适应模型相结合的方式,依据转换标准选择与当前飞机状态最匹配的辨识模型所对应的控制器。通过对某型飞机侧向控制系统进行仿真,表明在执行器严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能。     

基于模糊控制的生产过程控制研究

为了实现对生产过程的实时控制,提高对生产过程中不确定因素的处理能力,引入多阶段推-拉生产控制模式,建立一种基于模糊控制技术的生产控制模型,通过模糊控制器对影响生产过程的关键因素进行实时调控,达到生产过程平稳且在制品量最小的生产过程控制目标。