小型涡喷发动机故障分析及控制系统改进

针对小型高速无人机配装的小型涡喷发动机发生的空中停车故障,以发动机转速异常为顶层事件,以导致顶层事件发生的全部可能性为基本事件建立故障树,结合发动机控制原理及对遥测数据进行仔细分析,确认发动机转速采集信道出现问题导致发动机控制系统进入边界控制,而边界条件设置不合理导致发动机工作在超速超温状态,最终失效.通过采取增加转速采集备份信道、改进ECU控制保护算法、修改ECU档位油门限幅等措施有效地排除了此类故障,提高了发动机工作的可靠性.     

航空发动机性能恢复控制方法

针对航空发动机部件蜕化导致性能变差问题,设计了航空发动机性能恢复控制系统,系统根据发动机的工作状态以及健康状态在常规转速控制模式、稳态性能恢复控制模式和加速性能恢复控制模式之间切换.稳态性能恢复控制模式在常规转速控制模式的基础上设计了一个外环控制回路,通过自适应修正稳定状态下压气机转速指令达到蜕化发动机性能恢复的目的;加速性能恢复控制模式通过综合常规转速控制方法和喘振裕度控制方法,在保证发动机气动稳定的同时,充分挖掘发动机潜力,从而达到恢复蜕化发动机加速性能的目的.通过不同状态不同部件蜕化下的仿真结果表明恢复蜕化发动机性能的有效性.      

航空二冲程活塞发动机与定距螺旋桨的匹配研究

以长航时无人机的工作特点为基础,结合二冲程发动机的功率输出特性和定距螺旋桨的功率吸收特性,以及发动机的外特性曲线和螺旋桨的推进特性曲线,得出了在地面飞行状态下二冲程活塞发动机匹配定距螺旋桨所采用的方法,并通过为某型二冲程发动机匹配最优定距螺旋桨的试验,证明了该方法可以应用于在地面及低空状态下,为已知发动机匹配合适的定距螺旋桨.      

无人机用涡喷发动机转速不跟随油门故障分析

针对无人机用涡喷发动机转速不跟随油门问题,建立了发动机转速不跟随油门故障树并进行了故障机理分析。基于地面故障复现试验和试飞故障数据,对起动自动器活门及薄膜压力的变化关系进行了分析,确定了故障原因:在高空副油路单独供油情况下,起动自动器活门打开,大量放油,造成局部低压腔压力升高,液压延迟器作动失效,导致故障发生。根据故障原因提出了取消放气窗的解决措施,并通过试飞验证了措施的可行性和有效性。研究成果为发动机燃油系统排故积累了经验,也为发动机燃油系统设计和生产优化提供了参考。     

涡桨发动机轴台试验方法

为实现某涡桨发动机在轴台稳定运行,对该发动机机载控制系统进行了详细研究。对该发动在轴台的控制系统增加了 水力测功器、用PEC模拟器代替PEC控制器,及增加航电模拟器代替航电控制器。根据该发动机的工作模式和控制方式,参考以 往轴台试验经验,制定了初始试验方法：发动机调试从低状态到高状态、先稳态后加减速,测功器采用多种控制模式自由切换的飞 行模拟模式。通过多次试验验证和修正,探索出一种适应该涡桨发动机轴台试验的方法,并应用于轴台试验。结果表明：该方法 解决了PEC模拟器代替PEC控制器、航电模拟器应用于发动机轴台试验、发动机加速时转速超调及状态切换时转速波动等问题, 实现了PEC模拟器参与测功器控制、水力测功器与发动机的协同工作。     

航空活塞发动机转速波动故障分析

某型无人机装备的航空活塞发动机,飞行过程中随着发动机节风门开度变化,出现辅油泵接通、发动机转速波动且转速降低现象。通过分析发动机故障表象和飞参记录仪所记录的发动机各参数值,结合以往发动机故障模式,判定故障点并予以排除。     

航空活塞二冲程发动机的可变排气阀换气过程

航空活塞二冲程发动机的换气过程直接影响发动机的性能,采用可变排气阀可以改善发动机的动力性能。通过GT-Power软件搭建发动机一维整机模型,进行可变排气阀的仿真研究,分析了发动机在不同转速、不同排气阀状态下的换气过程及排气阀状态对换气过程的影响。在此基础上,还对定速巡航工况下(6500r/min转速、50%节气门开度)的排气阀状态进行了优化。结果表明:不同的排气阀状态可以改变发动机排气过程压力波动的相位,从而影响发动机的换气品质及燃烧过程;在定速巡航工况下,排气阀为中等开度时(初级阀关闭、次级阀开启),其发动机动力性能达到最优。     

无人机发动机空中停车故障机理研究

针对某型现役无人机活塞发动机飞行中出现的空中意外停车故障,从发动机停车控制原理出发分析其故障机理,构建发动机空中意外停车故障树,并用实例予以验证,为无人机发动机故障的空中应急处置和事后维修提供可行性建议。     

某型无人直升机活塞式电喷发动机转速控制设计及试验

针对某型无人直升机活塞式电喷发动机的特性,结合无人直升机不同阶段对旋翼转速的要求,采用转速前馈与反馈比例控制模式对地面暖车转速进行控制.采用了转速前馈、负载前馈、转速变参与反馈PID(比例、积分、微分)控制结合的控制模式实现慢车转速到额定转速的有效过渡.额定工作转速的控制采用了转速前馈、负载前馈、自动配平、转速差前馈与反馈PID控制相结合的复合型控制策略,以保证发动机在额定工作状态下转速波动误差尽量减小,实现无人直升机动力关键部分的控制.通过地面试车台发动机开车试验表明,所采用的复合型控制策略能有效实现发动机恒转速控制.      

深冷组合发动机吸气模态最大状态控制规律研究

为了研究深冷组合循环发动机吸气模态最大状态控制规律,基于部件法建立了发动机热力学计算模型,依据整机共同工作条件确定了发动机非设计点计算的变量与平衡方程。根据工质间的相互影响关系,提出了以氦压气机转速和氦涡轮前温度为控制变量的双变量控制规律。在考虑发动机机械负荷、气动负荷、热负荷及压气机稳定裕度等限制的条件下,根据制定的最大状态控制规律,完成了高度特性和速度特性的计算。根据限制条件计算得到了发动机的工作包线,并指出了最大状态控制规律的区域划分。最后,将控制规律应用于工作包线内,获得了压气机转速、换算转速及工质流量等参数的分布规律。结果表明：工作包线上下边界分别取决于氦压气机喘振裕度限制和空气压气机换算转速下限,右边界限制取决于换热器1氦气出口温度上限。深冷组合循环发动机最大状态控制规律应划分为2个区域,分界线满足以下条件：空气压气机和氦压气机换算转速同时达到最大值。分界线以上空气压气机达到最大工作状态,分界线以下氦压气机达到最大工作状态。空气压气机进口参数是决定控制规律分界线的主要因素。     

某型无人机空中风门开度值异常反馈故障分析

某型无人机试飞过程中,在空中自主飞行模式的额定档位时,风门开度反馈值出现异常,同时活塞发动机转速超转,处于超负荷运转状态下的发动机极易引发空中抱轴故障,从而造成空中事故。针对这一故障,经地面连接PMA通电排故,结合对飞参数据的分析,建立故障树,逐项进行验证,找出故障原因,最终提出了解决方案并对其有效性进行了验证。     

无人驾驶直升机发动机模糊自适应PID控制

针对某型无人驾驶直升机发动机控制的特点,提出恒量供油、恒速控制和总距前馈补偿控制的复合控制策略,在飞行控制计算机内建立发动机模糊自适应PID控制器,利用模糊规则和推理来在线调整PID参数,使发动机安全平滑启动,并在各种功率状态下保持输出轴转速恒定。经含实物仿真试验、地面试车、系留试验以及无人机整机试飞测试,所设计的发动机控制方案动态响应速度快,对总距变化等干扰的抑制作用强,能保证主旋翼在各种飞行状态下获得最佳的气动效率,改进无人直升机的飞行性能。      

小型无人直升机活塞式电喷发动机冲速段的控制策略

针对小型无人直升机使用的活塞式电喷发动机的冲速段特性, 给出了折线法的转速指令控制策略, 并与常用的固定斜率转速指令增量的方法进行比较。通过开车试验数据分析, 折线法能够有效地解决冲速段的富油和冲速问题, 实现冲速段的转速控制, 并且具备较强的鲁棒性。      

多模式下无人机紧密编队飞行控制仿真研究

针对复杂场景下固定翼无人机紧密编队的飞行控制问题,提出了使用三种不同飞行模式的控制策略以及对应控制参数的优化整定方法。首先建立了考虑涡流效应的紧密编队飞行非线性模型,然后针对不同飞行场景设计了协同飞行模式、队形变换模式和花式飞行模式,最后使用爬山-遗传算法对编队控制器的参数进行了优化。仿真结果表明,所设计的编队控制方法和优化参数可以稳定并有效地进行不同模式下的无人机编队飞行控制。     

1种满足控制计划要求的凸轮型面设计方法

针对液压机械控制装置要求按给定的稳态控制计划设计杠杆、凸轮、弹簧等结构性能参数的问题,采用了考虑离心飞重块工作在燃油中的浮力效应和液体离心力效应对离心飞重换算轴向离心力的修正方法,精确地计算了转速摆动活门的转速-弹簧位移关系的输入输出特性;利用转速给定装置凸轮杠杆机构的叠加特性解决了油门杆角度和发动机进口温度同时变化时相关的控制计划反映在指令弹簧上的位移计算问题;同时从刚架的运动特性规律中抽象出几何不变性,提出了1种按控制计划的不同要求对转速指令凸轮、慢车温度修正凸轮和大车温度修正凸轮进行设计的方法.设计的凸轮按其内在的输入输出特性关系通过各模块之间的信息传递关系以液压机械的控制方式实现了发动机所要求的复杂转速控制计划,对这一设计方法进行了对比验证,可满足设计要求,具有通用性.     

小型无人机动力装置建模与仿真研究

针对小型无人机广泛使用的二冲程活塞式航空发动机螺旋桨动力装置,研究了发动机的速度、高度特性及定距螺旋桨的拉力系数、功率系数及效率随前进比变化等问题,建立了二冲程活塞式发动机螺旋桨动力装置模型。动力装置模型应用于无人机非线性飞行仿真平台中,进一步研究了无人机风门-高度、升降舵-速度保持/控制等问题,结果表明动力装置模型合理可行,满足小型无人机飞行控制仿真的要求。     

航空直喷发动机缸内混合气形成的试验

基于航空活塞式基础样机的结构特点,自主研制了单缸低压直喷全透明光学发动机,并利用高速摄影对缸内混合气形成进行试验研究.分析了不同燃烧室形状、燃油启喷时刻以及发动机转速等条件下低压直喷发动机缸内的混合气形成规律.研究结果表明:新设计的偏心碗型活塞顶面能够有效地引导燃油喷雾形成向燃烧室顶部卷吸的运动,从而使得燃油液滴聚集在双侧火花塞附近;燃油喷射时刻对混合气形成影响很大,当进气门开度较小且活塞与上止点距离较为适中时喷射燃油,混合气形成质量最好;进气运动较强烈时,发动机转速提高会加速燃油液滴的蒸发,但同时活塞顶面对喷雾的引导作用被削弱,混合气形成质量变差;当进气运动变弱时,发动机转速提高会增强活塞顶面对油束的作用,即引导作用变强.      

基于保护映射理论的航空发动机LPV/PI 控制

针对具有强非线性特性的航空发动机控制问题,将基于保护映射(Guardian Maps,GM)理论的控制方法应用于航空发动机控制系统设计中。基于某型涡扇发动机非线性模型建立了线性变参数(Linear Parameter Varying,LPV)模型;根据保护映射理论设计不同调度参数下的PI(Proportion Integration)控制器,在设计过程中,只需通过给定的初始控制器就可以自动得到满足性能要求的控制器参数集合,避免了在多个平衡点进行控制器设计;以非线性模型为被控对象,采用积分分离PI控制,在飞行包线内的不同工作点进行仿真验证。结果表明:基于保护映射理论的控制方法在解决航空发动机控制系统的非线性问题时具有显著效果。     

活塞发动机与无人机性能匹配分析

活塞发动机由于其自身的性能和价格优势广泛用作无人机的动力,本文介绍了在无人机概念设计阶段如何进行活塞发动机的选择及相应的螺旋桨的选配,用到的都是经验公式及经验曲线,简单实用。文章还统计了一些使用螺旋桨发动机的无人机及一些活塞发动机的主要技术参数。     

某航空活塞发动机回火试验

为解决某航空活塞发动机要取得适航型号合格证(TC)须按CCAR-33部《航空发动机适航标准》第33.51条进行回火试验的问题,通过对单缸发动机回火试验的研究,提出了采用光电信号进行发动机回火检测的测量方法.试验验证表明:光电检测方法能够有效地检测到发动机回火现象.在此基础上,通过试验确定了调节燃油伺服器的贫富油操纵杆逐渐调贫发动机的燃油流量来诱导发动机回火的试验方法.回火试验结果表明:所测活塞发动机在其整个工作状态下存在回火倾向,但在人工诱导57次回火后,发动机状况良好,满足适航认证的要求.