基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

一种新的涡轴发动机转速抗扰控制器设计及应用

主要研究了涡轴发动机控制问题。涡轴发动机由于直接与旋翼相连,因此直升机与涡轴发动机的动力学耦合十分明显,从涡轴发动机子系统角度讲,直升机传递来的扭矩可认为是对该系统强的扰动,如何提高涡轴发动机闭环系统的抗扰性能,提高涡轴发动机对直升机操纵的跟随品质就显得非常重要。自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control)是近年来新兴的一种的控制方法,它具有模型依赖程度低,抗扰能力强,设计简单且易于实现的特点.在不改变原有发动机串级PID控制结构的基础上,提出并构建了一种串级PID+扭矩ADRC补偿的控制结构, 该结构充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力。最后,在直升机/发动机综合模型仿真环境下,通Ｄ庵鄙蠓彼偕挡僮?验证了该算法具有比较理想的抗扰控制效果,能够较好地抑制直升机操控过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响.     

重型直升机用大功率涡轴发动机的技术特点分析

重型直升机已在西方国家的军事和民用等方面发挥了重要的作用。对国外在役的重型直升机所使用发动机的性能方案和结构特征进行了分析与对比,归纳总结了重型直升机用大功率涡轴发动机的技术特点、设计思路和发展途径,并结合国外先进涡轴发动机的未来发展方向,给出了大功率涡轴发动机的未来发展趋势,并提出了我国大功率涡轴发动机的初步发展思路。     

涡轴发动机监视技术及其发展趋势

涡轴发动机是直升机的动力装置,对涡轴发动机监视,既可以提高直升机的飞行安全性,又可以降低维修费用,大力发展发动机监视技术是直升机设汁和使用的一种趋势。本文分析了直升机发动机监视中使用的性能、滑油、振动、寿命、噪声和静电探测技术的特点及其应用,并且提出了发动机监视技术的发展趋抛。     

直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

我国民用涡轴发动机的发展研究

民用涡轴发动机的研制对通用直升机的发展至关重要。简要介绍了国内外现役民用直升机及配装涡轴发动机的发展情况,归纳总结了民用涡轴发动机发展的现状和技术特点。探讨分析了国外民用涡轴发动机的发展趋势和成功经验,并对我国民用涡轴发动机的发展需求、研制能力和现状进行了剖析,从完善社会配套体系、制定发展战略、深化国际合作和加强技术攻关等方面提出了针对性的发展思路和建议,可为解决直升机心脏受制于人、实现军民融合式发展提供参考和借鉴。     

透博梅卡公司发展之路

透博梅卡公司是世界知名的直升机发动机制造商。其研制的阿蒂丹、阿赫尤、阿赫耶等多款型号涡轴发动机在世界直升机发动机市场上占据了领先地位。回顾透博梅卡70余年的发展历程,了解他们的经验教训,对国内航空发动机企业,特别是生产中小型航空发动机的企业具有借鉴意义。     

涡轴发动机市场分析

在50年代以前,直升机以活塞式发动机为动力,1953年美国来科明公司研制出世界上第一种可用于直升机的涡轮发动机——T53涡轴发动机。随着涡轮喷气发动机用于军民用飞机,美国贝尔公司将T53发动机装在UH-1直升机上,这使装涡轮发动机的直升机进入航空技术领域,而且美国陆军验证了涡轴发动机的使用要优于活塞发动机。自那以后,涡轴发动机逐步得到广泛应用。估计到90年代末,美国陆军将单独采购总计9016架     

直升机发动机市场依靠军品

美国军方正在调整其直升机机队构成,2011-2020年间,将在直升机领域实施几项重大计划,这为涡轴发动机制造商带来希望. 美国陆军对UH-60和AH-64直升机机队进行了改造和升级,美国海军也采购了大量MH-60直升机.因此,GE公司T700发动机的生产可以持续的到2015年.     

直/发综合控制的变旋翼转速串行优化方案研究

提出了一种用于直升机/涡轴发动机综合控制的变旋翼转速串性优化方案。首先基于Levenberg-Marquarat(LM)算法/一维最优搜索算法,在保证直升机飞行状态不变的情况下,寻优得到旋翼所需最小功率,接下来,再通过优化发动机操纵量,在保证发动机约束成立的条件下得到当前发动机运行最优工作点,即达到直升机巡航时油耗最小或者涡轮前温度最低。最后,在UH-60直升机/涡轴综合控制仿真平台上进行了最小油耗控制模式的仿真,数字仿真结果表明了该串行优化方案的可行性。     

航空动力百年回顾（三）

4　涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机　　涡轮螺旋桨发动机简称涡桨发动机 ,涡轮轴发动机简称涡轴发动机。二者都是航空燃气涡轮发动机家族中的主要成员。前者主要作为军、民用固定翼的中小型运输机和通用飞机的动力装置 ;后者主要用在直升机上。它们各自带动螺旋桨或旋翼 ,组成飞行器的推进装置。由于涡桨和涡轴发动机的原理和结构基本相同 ,所以常合称为桨轴发动机。4 1　工作原理和特点　　图 1的上部是涡喷发动机纵剖视图 ,下部则是涡桨发动机纵剖视图。二者主要部件相同 ,都有进气道、压气机、燃烧室和涡轮及尾喷管 ,因此有着相同的燃气发生器…     

直升机/发动机系统变旋翼转速串行优化方案

提出了一种用于直升机/涡轴发动机综合控制的变旋翼转速串行优化方案.首先基于Levenberg-Marquarat(L-M)算法/一维最优搜索算法,在保证直升机飞行状态不变的情况下,寻优得到旋翼所需最小功率,再通过优化发动机操纵量,在保证发动机约束成立的条件下得到当前发动机运行最优工作点,即达到直升机巡航时油耗最小或者涡轮前温度最低.最后,在UH-60直升机/涡轴发动机综合控制仿真平台上进行了最小油耗控制模式的仿真,数字仿真结果表明了该串行优化方案的可行性.      

美国军用直升机发动机计划进展

美国陆军近年来先后启动了5项未来直升机发动机预研计划,它们为陆军发展下一代先进涡轴发动机打下坚实技术基础。     

涡轴发动机/直升机综合控制仿真平台设计

建立了UH-60直升机/T700涡轴发动机综合控制数字仿真平台。基于VC++环境开发了包含UH-60直升机/T700涡轴发动机综合实时模型的上位机程序,与运行机载涡轴发动机+旋翼实时模型及在线优化控制模式的下位机程序。两者基于TCP/IP协议实时通讯,可进行模拟实际直/发综合优化控制的数字仿真实验。在该数字仿真环境下,分别给出了提高直升机常规飞行性能的多种优化控制模式仿真、变旋翼转速优化控制以及快速功率跟随控制模式仿真,充分表明该平台可为新一代直/发综合系统的开发研制提供一个可靠的前期数字仿真验证。     

一种变旋翼转速直升机/涡轴发动机非线性模型预测控制方法研究

为了实现变旋翼转速直升机/涡轴发动机快速响应控制,提出了一种基于神经网络的直升机旋翼预测模型与基于状态变量模型的涡轴发动机预测模型的新型非线性模型预测控制方法。所建目标函数除了包含转速控制指标外,还考虑了经两级变速双离合器传动机构传扭后发动机输出轴的转子动力学特性。不同飞行任务下的数值仿真结果表明:相对于PID控制器而言,非线性模型预测控制器可在满足压气机转速、发动机静强度等限制条件下使动力涡轮转速在变旋翼转速过程中的超调量减小50%,下垂量降至0.2%以内,实现了涡轴发动机的快速响应控制的同时,有利于改善发动机使用寿命。     

美国军用直升机动力装置研发进展

美国军用直升机动力装置在2013年取得了多项重大进展：启动全新的涡轴发动机技术预研计划,为新一代联合多任务（JMR）旋翼机发展动力技术;改进涡轮发动机项目进行了首台HPW3000和GE3000发动机的试车;未来经济可承受涡轮发动机预研计划进展顺利;GE38-1B发动机首次安装在CH-53K重型直升机上进行了测试,为今年的首飞打好了基础。     

涡轴发动机多发功率匹配控制研究

为解决涡轴发动机多发匹配控制问题,通过分析恒转速控制条件下多发匹配控制机理,以串级控制方案为基础,提出了1种适用于装有多台涡轴发动机的直升机的功率匹配控制策略。该策略通过飞行员手动切换匹配模式,兼顾直升机传动系统、发动机的寿命均衡和单发性能退化等因素,实现发动机间的功率匹配。桌面、半实物试验及配装直升机试飞试验的结果表明,提出的多发功率匹配控制策略简单、有效,能够实现多台发动机之间的功率匹配,并具有较强的工程应用价值。     

不断完善 不断开拓浅析欧洲直升机发动机发展近况

据据英国罗－罗公司预测,从现在到2008年,国际市场上将需要8945架装涡轴发动机的直升机,其中60％是民用直升机,其余为军用直升机。为了争夺直升机发动机市场,在欧洲以罗－罗公司为首的发动机制造商正在不懈努力,开发新产品和开拓新市场,使用于直升机的涡轴发动机处于世界领先水平。改进改型发展系列产品改进改型、发展系列产品历来是航空发动机商家用来节省经费、缩短研制周期和减少风险的发展途径。美国艾利逊公司在研制艾利逊250型发动机时就沿用了这种方法。该公司于60年代开始为轻型直升机研制250发动机,经过30多年的改进改型,…     

基于变旋翼转速的涡轴发动机优化控制

研究了涡轴发动机/旋翼一体化优化控制问题, 分析了直升机旋翼需用功率与涡轴发动机工况的关系, 旋翼转速、旋翼总距、纵向周期变距及横向周期变距对旋翼需用功率的影响.以最小旋翼需用功率为目标函数, 用线性规划算法进行发动机/旋翼性能寻优.进行了巡航状态下变旋翼转速的涡轴发动机优化的数字仿真实验, 仿真结果表明在巡航状态应用变旋翼转速的涡轴发动机优化, 可以降低油耗1.5%～5.5%, 同时降低涡轮温度4.4～16℃, 具有实际应用价值.      

基于直升机/ 发动机综合模型的变旋翼转速控制研究

为了实现直升机旋翼转速在宽广范围内连续变化且涡轴发动机连续提供输出轴功率,采用1种扭矩序列转移控制方案来实现该传动链。通过2台涡轴发动机和2台多级变速器与旋翼协调工作,发动机依次连接或脱开旋翼,提供旋翼转速大范围内变化,并提供旋翼连续变化的功率。在扭矩转移过程中,针对发动机扭矩强扰动问题设计了鲁棒LMI控制器+ADRC扭矩前馈补偿控制器,最后基于直升机／发动机综合模型进行数值仿真,验证了扭矩转移方案的可行性。仿真结果表明：在转移过程中的扭矩强扰动对发动机动力涡轮转速的影响较小,旋翼转速可以实现较大范围内的快速平滑变化。