微型涡轮发动机控制系统仿真及台架试验

在某微型涡轮发动机控制系统开发过程中，为研究该发动机控制规律，提出一种半物理仿真和台架试验结合的研究方法。设计了包含电子控制器在回路的半物理仿真试验，通过分析原控制逻辑以及起动过程存在的问题，提出对起动控制规律的改进和优化，开展了基于原配电子控制单元和工控机的台架试验，验证了优化后的控制规律，并将其应用于控制器开发。本文提出的方法可避免大量的实物台架试验，缩短控制器的研制周期。     

大型飞机辅助动力装置与微型涡轮发动机技术特点对比

对比分析了这两类动力系统的总体设计和部件技术特点,总结了两者的相似性和不同.分析结果显示:用于150～200座大型飞机的辅助动力装置与推力400 N左右的微型涡轮发动机具有相当的功率;两类动力系统主要部件的设计和制造都具有相似性,微型涡轮发动机的部件性能指标更高,而辅助动力装置通过略保守的设计来获得高可靠性、经济性和长寿命.最后,提出了在已有MTE技术基础上开展APU研制的技术路线.      

微型涡喷发动机顶层设计研究

对微型涡轮喷气发动机的顶层设计问题进行了研究。首先分析了发动机尺寸对性能的影响,揭示了微型发动机推重比具有与尺寸成反比提高的潜力。基于各相关学科近期能达到的技术水平,选择了微型发动机尺寸并提出了初步设计方案。对微型涡喷发动机的压比、燃烧室出口温度和各部件效率等设计参数进行了单变量和双变量分析,得到了这些参数对推力、耗油率等性能的影响规律。提出了一个能简便准确地判断微型发动机顶层设计方案是否能产生推力的判别准则,并得出了高、中、低性能的三种气动热力参数顶层设计方案。      

微型涡喷发动机自适应控制实验研究

针对微型涡喷发动机的非线性特性以及难以建立其准确数学模型的特点, 设计了一种自适应控制方案并加以工程实现.通过在模型参考自适应控制算法中采用死区鲁棒控制消除发动机建模误差和外界干扰对控制系统稳定性的影响;同时引入前馈补偿, 既保证发动机转速实时跟踪参考模型输出, 又避免了纯自适应控制容易产生控制信号的饱和以及高自适应增益导致的系统振荡.台架试车验证表明:该方法实时性良好, 在最大转速达125 000 r/min的全工作范围内表现出较好的鲁棒性, 最大超调量小于500 r/min, 稳态误差小于200 r/min, 可以满足微型涡喷发动机状态调节的需要.      

非加力涡轮发动机排气系统红外辐射强度的数值计算

研究了非加力涡轮发动机排气系统红外辐射强度的数值计算方法.计算中考虑了固体壁面的发射与反射,以及燃气中水蒸气、二氧化碳和一氧化碳的吸收与发射.应用该方法计算了某涡扇发动机排气系统缩比模型的红外辐射强度,并且与实验结果进行了比较.结果表明,该方法能够比较精确地计算非加力涡轮发动机排气系统在35μm波段的红外辐射强度,具有工程实用性.      

某型航空发动机台架控制系统设计研究

台架控制系统是航空发动机地面台架试车的重要影响因素之一.针对某型航空发动机地面试车台,从发动机台架电气系统和上位机监控系统2方面介绍了试车台台架控制系统,着重阐述了基于PLC的控制系统在方法上的改进.该系统简化了控制结构,节省了台架资源,增加了试验的安全性和可靠性,已在发动机试车中投入使用.系统运行稳定可靠,安全性高,具有广泛地应用价值.     

航空发动机分布式控制系统结构分析

对近年来航空发动机分布式控制系统的研究作了简要分析。重点分析了航空发动机分布式控制系统的结构、功能和优点;比较了几种分布式数据总线和电源总线的优缺点,并指出了适用于航空发动机分布式控制系统的数据总线和电源总线选择;分析了发动机运行环境对开发分布式控制系统的影响,并提出了可能的解决方案;指出了开展航空发动机分布式控制系统研究的重要性和未来的发展方向。      

微型涡轮发动机综合测控系统设计

针对微型涡轮发动机测控要求,设计了集试车、控制系统半物理模拟、电动供油试验功能于一体的综合测控系统.各传感器调理信号并接到测控计算机与电子控制器;电子控制器通过串口接受测控计算机操纵指令,并采集p₂进行转速间接闭环控制.详细介绍了转速测量方法、电动油泵(pulse width modulation,PWM)驱动设计,并分析、设计了发动机控制律.测试软件以Lab Windows/CVI为平台,采用多线程技术设计.应用表明,系统结构简单、试验效率高,可为同类发动机研发提供支持.      

微型单叶轮涡扇发动机若干总体问题

对低增压比微型涡扇的总体气动热力学有效性进行了基础性的研究.结果表明, 该类发动机仍可有效地降低耗油率, 因而有发展的必要.进一步, 为解决微型涡扇发动机的结构复杂性困难, 提出了一种微型高矮叶片单叶轮风扇压气机的压缩系统气动布局和结构设计方案.借助一个具体例子的设计研究和流场检验的结果, 陈述了该方案的转子、静子的气动设计和结构设计特点.最后拟出了相应的发动机主体结构.      

涡轮风扇发动机接通加力过程的数值模拟

发展了一种低涵道比混合排气加力涡轮风扇发动机接通加力时的数值模拟方法。该方法考虑混合室加力燃烧室、主燃烧室和外涵道的容积效应,风扇、压气机、高压和低压涡轮等部件的特性,加力燃烧室供油管的充油时间。以混合室加力燃烧室、主燃烧室和外涵道3个容积室的动态方程为基础,用很小的时间步长逐渐逼近,计算不需要迭代,速度快,精度满足工程要求。      

微型涡轮发动机燃油闭环控制起动方法

采用微压差方法进行燃油流量测量,达到低压损、高精度和快速响应的目的.设计了孔板式计量段,对不同节流孔径的计量段进行了标定试验.试验结果表明:在设定的测量范围内,节流孔两侧压差的平方根与流量成线性关系,与理论分析结果一致.在此基础上,研究微型涡轮发动机起动过程供油流量闭环控制问题.设计了单神经元PID(比例-积分-微分)控制器,对燃油流量进行了闭环控制试验.与开环控制方法相比,新的控制方法动态性能好,调节精度高.最后,采用单神经元PID控制器进行了微型涡轮发动机燃油闭环控制起动试验,显著提高了起动过程的快速性与可靠性.      

微型涡喷发动机燃油计量技术研究

研究微型涡喷发动机供油量的准确计量问题.通过分析燃油泵的工作机理,得出油泵的供油量由油泵供电电压、电压占空比和油泵出口油压这三个可变因素决定.当供油需求量给定后可以根据油泵当前的电压和出口油压计算出对应的电压占空比,为此对油泵的供油特性进行标定实验和验证实验.与原先不考虑出口油压的计量方法相比,这种新的计量方法显著提高了燃油计量精度,有利于对微型涡喷发动机起动过程控制.      

用于微型涡轮机的节流孔式静压气浮轴承实验

对用于厘米级微型涡轮发动机的径向静压气浮轴承展开了实验研究,分析了长径比、节流孔径、气膜间隙及供气压力等对承载力、刚度和耗气量的影响.提出了这些设计参数的优选方法,并结合直径11 cm的某微型喷气发动机,给出了与之匹配的径向静压气浮轴承设计方案:工作面直径15 mm、长度17.5 mm、节流孔径0.35 mm、气膜间隙25μm.此方案在供气绝对压力2.5 kPa时,双轴承支撑能力为13.72 N,耗气量小于1.0 g/s,有效地满足了微型涡轮发动机要求.      

厘米级微型涡轮喷气发动机关键控制技术研究

结合厘米级微型涡喷发动机自身特点, 从工程角度研究其关键控制技术.首先运用相似理论, 将参考发动机的起动控制时序变换适用于目标发动机的起动控制, 为了解决微型发动机起动困难问题还首次提出起动供油自校正技术.慢车以上状态采用系统辨识法建模, 通过仿真结合试验的方法设计了带可自动调整前馈的闭环PI调节器.试车试验表明, 研究的控制规律能控制发动机正常可靠运转, 满足各项性能指标要求.      

微型涡喷发动机转子系统设计

以某微型涡喷发动机为研究对象,研究并实践了微型涡喷发动机转子系统设计过程与方法.首先,介绍了发动机及转子系统结构,综述了转子系统设计原则.并从轴承选用、转子动力学特性、振动控制技术、转子动平衡和轴承失效形式等方面重点分析了转子系统的设计过程.课题研究内容为进一步提高国内微型涡喷发动机设计水平提供经验依据.      

脉冲爆震发动机供油自适应规律研究

利用在油路系统的不同位置处设置动态压力传感器来测量PDE工作过程中的油管中瞬时油压曲线的方法,研究PDE工作中的供油自适应规律.研究结果表明,在供油自适应控制中,开始和停止供油取决于PDE内的燃气反压和供油压力的共同作用,燃气反压大于供油压力,停止供油;燃气反压小于供油压力,开始供油.在保持PDE内当量比不变的情况下,一个循环内的供油时间长短只与供油压力有关,与油管长度和工作频率无关,但油管长度越长,损失越大,导致泵后压力越高.