基于高速慢车的航空发动机快速响应控制

针对传统航空发动机响应速度慢,难以在紧急事件中用于控制受损飞机完成起降过程的问题,采用高速慢车控制模式来提升发动机加速性能,通过增加发动机在慢车时高压压气机转速,为加速前期提供更大的燃油流量,从而缩短发动机从慢车至最大状态的加速时间。为保证慢车时高压转子转速提高的同时发动机推力和稳定裕度不变,通过修改高压压气机可调导叶控制计划来调整高压转子工作点。仿真结果显示,与原有控制相比,采用高速慢车快速响应控制模式的发动机加速上升时间从原来的2.00s缩短至1.86s,而高压压气机最小喘振裕度仅由16.01%下降至14.81%,同时慢车推力基本保持不变。     

涡扇发动机全包线加速控制计划改进方法研究

加速控制计划直接影响了发动机的响应速度以及运行安全。为了提高发动机响应能力,提出了一种基于等温度线的发动机全包线加速控制计划。分别针对稳态和动态过程开展相似换算误差分析,证明并验证了关键参数在等风扇进口温度时,具有较高相似换算精度的规律。基于此换算误差理论,提出全包线加速控制计划改进方法,该方法在不同等风扇进口温度下设计多条加速控制计划,再通过线性插值得到包线内不同等温线下的加速控制计划。结果表明,改进后的加速控制计划相比于传统单点优化得到的加速控制计划,发动机加速至最大转速的98%所需的时间减少了7.2%,最大转速提升了1%,且风扇、压气机喘振裕度和涡轮前温度等均未超出限制值。因此,该方法相比于传统单点优化方法既提升了在包线内获取的加速控制计划的精度,又确保了发动机在包线内安全稳定工作的前提下更好的发挥加速性能。     

基于显式预测控制的涡扇发动机控制器设计

模型预测控制因其能够较好地处理涡扇发动机约束问题且实现多变量控制而具有较大的应用潜力。为了解决传统模型预测控制算法在实际应用中存在运算量大、实时性较差的问题,基于显式模型预测设计了航空发动机多变量控制器。在控制结构上采用多速率双闭环系统,保证了控制精度;在计算上通过多参数规划将在线优化问题转化为线性函数计算问题,大幅度减少了计算量;在发动机从开环切闭环的过程提出一种增量式切换方法,实现无扰切换。数值仿真和硬件在环仿真结果表明,转速和压比稳态误差分别不超过±0.25%和±1%,控制器在25ms控制周期内能完成计算,满足嵌入式系统实时性要求。     

求解涡扇发动机数学模型的有限域搜索方法

提出一种基于N-R迭代方法的有限域优化搜索法,用于求解涡扇发动机数学模型。该方法不仅具有N-R优化迭代求解特色,还具有将初猜解附近划定域进行泛搜能力,使迭代运算具有强收敛性和平稳性。该方法所定义的迭代因子可通过编程自动调整,进而可以确定最小迭代次数及此意义下的最优迭代因子。      

某型涡扇发动机试车台测试系统研制

结合某型高推重比涡扇发动机试车合测试系统的研制,介绍了该系统的技术指标、数据采集技术、显示技术和试车仿真原理。为提高系统测量精度和使用性能,提出并应用了测量参数非线性修正、多模式显示、实时发动机参数整理等技术。     

民用大涵道比涡扇发动机吸雨能力评估的方法研究

从发动机吸雨后性能改变的基本原理出发,建立了部件气动热力损失、机械损失和工质热力学通用模型,借鉴适航咨询通告初步定义了关键吸雨工况及水含量。基于商用性能分析软件,对一个大涵道比9的涡扇发动机各项性能的变化进行了计算与分析,提出了一种定量描述发动机吸雨能力的评估方法。     

考虑部件约束的涡扇发动机循环参数分析方法研究

在涡扇发动机初步设计阶段,为了研究部件气动、结构、强度参数对于发动机循环参数求解域的约束,在发动机总体性能稳态计算模型以及尺寸流路计算模型的基础上,利用部件初步设计时采用的Smith图,基于牛顿迭代法构建了一种总体/部件耦合计算方法。在部件主要设计参数的约束边界基础上,采用该方法,能够获取同时满足总体和部件设计要求的循环参数求解域,并进一步获得部件的主要设计参数。使用该方法对第四代双轴混排涡扇发动机EJ200开展了算例验证,获取了部件约束条件下的发动机循环参数求解域,与公布的EJ200数据对比表明,主要部件设计参数误差<4%,表明该方法可以满足工程应用要求。     

NOx emissions of turbofan powered unmanned aerial vehicle for complete flight cycle

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have been getting more and more popular in both civil and military arena. Similar to manned aircraft, their propulsion systems or engines emit harmful gases such as nitrogen oxides. Since UAVs have different mission profiles and operational parameters than manned aircraft, it is worthy to investigate their NO_x emissions. Therefore, in this study, NO_x emissions of a turbofan powered UAV for complete flight cycle was calculated and optimized within a range of altitude and speed parameters. NO_x emissions were calculated based on ICAO ground test data and corrected to any speed and altitude during flight legs using both Boeing Fuel Flow Method 2 and DLR Fuel Flow Method. Total NO_x emissions were calculated for complete flight cycles for different altitude and speed parameters. Numerical results were presented graphically and additionally optimization studies were conducted. Optimization studies include determination and comparison of speed and altitude for minimum NO_x emissions by the two fuel flow methods and maximum loiter time achievable by UAV.     

涡扇发动机低转速部件特性扩展和风车状态性能模拟

借助涡扇发动机风车特性研究的最新成果,开展了某型涡扇发动机的风车性能数值模拟研究.首先,基于不可压流理论,附以可压缩效应修正的指数法发展了补充慢车转速以下部件特性的计算模型和计算程序;其次,根据流量连续、压力平衡、功率平衡、燃烧室进出口总温相等及转速相等等约束条件建立了风车状态时涡扇发动机高低压转子及整机的共同工作方程;最后发展了具有一定计算精度的涡扇发动机风车状态特性计算模型和程序,并以某型涡扇发动机为例,计算分析了不同飞行条件下发动机的风车特性,从计算结果看,其趋势是合理的.     

涡扇发动机先进装配工艺与装备

针对涡扇发动机装配技术的发展趋势和应用特点,对整机装配、智能拧紧、装配检测3方面先进工艺进行分析总结。涡扇发动机采用脉动装配线和多自由度装配平台进行整机装配,大幅度提高生产效率;智能拧紧设备能够实现对发动机连接件的定力矩、定转角精确控制及监控,改善关键转子部件连接的均匀性、稳定性和可靠性;转子堆叠优化技术实现对装配位置的预测和同心度优化,电子塞尺可消除不同操作者带来的测量误差。发动机数字化装配将不断引入各种高效先进的自动化智能设备,自动化、智能化、数字化是未来涡扇发动机装配工艺与装备的发展方向。