考虑限制保护的航空发动机起动控制技术

涡扇发动机起动控制方法直接影响发动机的起动性能.为在发动机整个起动过程中持续获得高、低压转子转轴上的最大剩余功率,提出了1种涡轮前总温Tt4闭环控制规律用于设计涡扇发动机起动控制的方法.对于起动过程中可能发生的风扇、低压压气机、高压压气机喘振和失速问题,在设计的Tt4闭环回路前加入喘振裕度限制保护控制,并考虑到在起动过程的第1阶段中在起动机带转到发动机点火前Tt4回路不起作用的特点,对Tt4回路设计了积分冻结逻辑.仿真结果表明:在满足给定喘振裕度和涡轮前总温不超温的条件下,涡轮前总温Tt4闭环控制方法能够以持续的最大剩余功率使发动机从静止状态起动到慢车功率状态.     

辅助动力装置控制系统传感器智能解析余度方法

针对辅助动力装置(APU)控制系统传感器故障,提出了一种基于协方差优化集成极限学习网络(COSELM)的传感器智能解析余度方法。该方法能够根据在线序列预测误差的最小方差来自适应更新单个在线序列极限学习机的权重系数,发挥和权衡各个学习模型的优势,通过提高模型算法的稳定性和泛化性,改善传感器智能解析余度的精度。通过在某辅助动力装置控制系统传感器解析余度的验证表明,提出的COSELM方法可以解决传感器在发生偏置故障时的信号重构问题,重构误差不超过1%,适用于不同辅助动力装置个体,为其提供可靠的解析余度。     

型号装备寿命概念及指标验证分析

针对航空发动机型号装备研制中所提出的寿命指标含义不清晰的问题,基于GJB 451和GJB 451A,梳理分析了与寿命相关的参数,进一步明确了各参数之间的相互关系以及寿命与故障关系等。分类分析了个体寿命和总体寿命,明确型号装备寿命指标对应的是装备总体寿命指标。对于型号装备耐久寿命的验证,介绍了2种耐久寿命验证试验类型,明确耐久性试验利用极小样本个体寿命鉴定总体寿命的关键在于合理选择经验系数。针对型号装备长期寿命指标缺少有效验证手段的问题,提出了加速寿命试验和加速耐久性试验2种加速验证方式。     

基于dSPACE的性能寻优控制工程应用研究

发动机性能寻优是提高飞机效能的方法之一,其先进控制模态能够综合飞机和发动机的信息,在安全运行的前提下,实现发动机某项或综合性能指标的最优。为提高飞机效能,本文在对飞行/推进系统性能寻优控制理论及现有成果的学习基础上,通过最小二乘法求取线性模型,获得较为精确的全包线推进系统矩阵,从而确定线性小区间内性能指标和约束条件的线性表达式,进而将发动机性能寻优问题表述成线性规划问题,通过单纯形法获取寻优模式下的各项性能指标。从验证性能寻优控制算法工程可行性的角度出发,将性能寻优程序模块嵌入到数控系统中;在dSPACE设备上搭建快速控制原型仿真平台,进行了实时仿真验证,仿真结果能够获得预期的指标优化结果。研究表明:性能寻优算法在工程应用上具有可行性及有效性。     

32 位定点运算数学库IQmath 在航空发动机FADEC 系统中的应用

为提高航空发动机FADEC系统定点CPU的计算效率和计算精度,针对实际工程应用中的数学运算的方法展开讨论,分析了定点数运算和浮点数运算在计算精度和运行效率方面存在的差异。参考TI公司的设计理念,自行设计了支持统一定点算法和可变定点算法的32位定点运算数学库IQmath。在国内发动机控制领域不再依赖国外的库函数,掌握了32位定点数学库的源代码,并在实际项目中应用了IQmath数学库。试验结果表明:IQmath数学库的应用提高了定点CPU数学运算的精度和效率,完满实现了预定的控制算法。     

基于Flowmaster的航空发动机燃油系统温度仿真及分析

采用大庆RP-3型燃油,利用Flowmaster软件对某型航空发动机燃油系统进行建模,计算定、变转速工况下燃油温升情况,开展了发动机变转速下的温度仿真,将仿真温度与实验温度值进行对比验证模型准确性。结果表明:模型精度主要受元件的性能曲线影响;某些工况下主燃烧室前的燃油温度可达145 ℃以上,影响发动机安全,必须加以控制;仿真发现向飞机回油可以降低燃油温度,但对于阶跃回油质量流量信号,温度响应具有延迟性;设计回油质量流量为0 kg/s,不同工况的离心泵效率相同,各工况的燃油温度与主燃烧室燃油质量流量的关系,质量流量增大,温度降低,质量流量稳定时,温度也会达到稳定值。该仿真主要是建立了燃油温度的求解模型,提出了燃油泵加热的计算方法,对于航空发动机系统一维仿真研究有一定的指导作用。     

基于适航要求的飞机和发动机多余度信号表决设计

为保证机双发或4发在相同油门杆／操纵杆角度下的推力／功率一致,发动机控制系统可使用来自飞机的环境温度、 压力信号。适航要求当飞机信号发生错误时发动机推力变化不超过3%,因此发动机控制系统需要具备飞机信号容错能力。为满 足以上要求,以发动机传感器信号为基准,根据适航条件计算飞机各信号的加权系数,综合发动机传感器基准信号、飞机信号加权 系数及其优先级顺序,设计出飞发系统之间多余度信号加权平均综合表决算法。结果表明：利用该算法,在同时满足飞机多台发 动机推力一致性需求和适航要求的前提下,可选择出精度、可信度较高的信号,在信号选择状态发生变化时,能够保证发动机推力 平稳过渡。     

综合化飞机环境监视系统研究及其数字仿真测试

综合模块化航空电子(IMA)技术日益成为飞机航电系统开发的主流构型。基于美国航空无线电技术委员会(RTCA)对飞机环境监视系统(AESS)的定义,分析了AESS的发展过程及技术趋势,以空客A380、Boeing787飞机的AESS为例进行现状分析,依据ARINC768规范开展了综合飞机环境监视系统(IAESS)方案及架构设计,实现了由综合飞机环境监视系统处理单元(IAESSPU)对T3CAS(TCAS、TAWS和ATCRBS)和WXR数据综合与处理的统一,开展了基于高级体系结构(HLA)的IAESS数字仿真系统设计、测试用例和性能分析,验证了IAESS具有高可靠性、低功耗、低总量等优点,未来IAESS发展也将进一步使得系统具备多功能特点。     

涡喷发动机健康状态的带约束非线性滤波估计

针对涡喷发动机在不等式约束条件下的部件性能估计问题,在标准扩展卡尔曼滤波方法的基础上引入了最小均方差和概率密度截断,提出了涡喷发动机健康状态的带约束非线性滤波估计方法。最小均方差的基本思想是求解最小化条件均方差函数,同时运用拉格朗日算子法将不等式约束引入待求方程,而概率密度截断求解则是将先验不等式约束条件转化为概率密度函数形式,并获得标准正态分布函数,其特点是均值和方差易于算得。以涡喷发动机为对象进行仿真验证,结果表明相比于标准扩展卡尔曼滤波方法,本文提出的最小均方差和概率密度截断的不等式约束的非线性滤波估计方法对部件性能估计精度高,而其中概率密度截断求解在保证精度的同时计算耗时更少。     

自旋动力恢复过程涡轴发动机快速响应控制律对比研究

针对直升机自旋过程中对动力快速安全恢复的问题,充分利用涡轴发动机气路中的导叶、涡轮放气控制,提出了两种涡轴发动机多回路多变量鲁棒控制规律,以实现自旋训练过程中发动机扭矩的快速响应,同时降低旋翼转子瞬态下垂量。采用保性能H2/H∞鲁棒控制算法,分别设计了基于燃油流量压气机导叶调节,以及燃油流量涡轮放气调节的具有快速响应能力的发动机转子转速控制规律,使得涡轴发动机在直升机自旋动力恢复过程中,在保证气动稳定安全的前提下,输出扭矩能够快速响应,且旋翼转子下垂量由常规燃油控制的5%下降至3%以内,并能够显著改善燃油动态特性。最后,通过数字仿真对两种控制方法进行了对比分析,得出了在工程应用中两者可能存在的优缺点。