变循环发动机控制半物理仿真研究

论文摘要

发动机是飞机的“心脏”,是推动飞机和整个航空工业蓬勃发展的源动力。随着飞机发动机战术指标的不断提高,相应地对航空发动机的控制及燃油系统的功能和性能提出了更加严格的要求。由于半物理仿真技术良好的可控性和安全性,并且具有不受气候环境限制、可多次重复等特点,因此,它已成为航空发动机数字控制系统在预研、方案论证或改型、设计制造和使用维护等过程中的一种重要的试验手段和技术工具。应用半物理仿真技术有效地缩短了发动机控制系统的研制周期,并大大降低了发动机数控系统的研制费用。本文以变循环航空发动机为控制对象,以半物理仿真为研究手段,搭建了变循环发动机半物理仿真平台。仿真平台由实时发动机模型、油门杆、状态开关、I/O接口箱和数字电子控制器构成。发动机模型采用部件级详细的气动热力学模型来提高发动机的精度。发动机模型通过USB总线完成与电子控制器的数据交换。本文重点研究了发动机电子控制器控制程序的开发及上位机和下位机之间的接口通讯工作,设计了多个控制回路,完成了整个半物理仿真平台的搭建和综合调试工作。通过对发动机的加速工况、减速工况进行仿真试验,很好的实现了对发动机各参数的控制,验证了试验平台设计的合理性和正确性。通过半物理仿真试验可以及早发现发动机系统设计中的缺陷,为变循环发动机的设计和改进提供了很好的依据。变循环发动机数字控制系统属于较新的研究方向,基于此设计变循环发动机半物理仿真平台,通过半物理仿真试验可以及早发现系统设计中的缺陷,确定最佳的设计方案,大大降低试验风险,减少试验成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 变循环发动机介绍
• 1.3 硬件在回路仿真技术的发展及意义
• 1.4 主要研究内容
• 2 硬件在回路仿真平台介绍
• 2.1 硬件在回路仿真平台的总体设计方案
• 2.1.1 对硬件在回路仿真平台的要求
• 2.1.2 硬件在回路仿真平台的总体设计方案
• 2.1.3 硬件在回路仿真平台的设计思路
• 2.2 电子控制器硬件系统
• 2.2.1 数字电子控制器的功能及结构
• 2.2.2 CPU模块
• 2.2.3 外围扩展板卡
• 2.2.4 电源模块
• 2.3 信号调理接口箱硬件系统
• 2.3.1 主控板卡
• 2.3.2 频率信号采集/输出板卡
• 2.4 控制柜中的硬件电路
• 2.5 电子控制器接口程序软件设计
• 3 发动机模型机介绍
• 3.1 变循环发动机构成
• 3.2 发动机模型软件的设计
• 3.3 功能模块划分
• 4 USB通信程序实现
• 4.1 数据与物理量值的映射关系
• 4.1.1 上行数据映射关系
• 4.1.2 下行数据映射关系
• 4.2 下位机USB通信程序
• 4.2.1 主控板卡和上位机通信协议
• 4.3 上位机USB通信程序
• 4.3.1 USB设备驱动软件接口
• 4.3.2 读写USB口的程序与驱动的接口
• 4.3.3 读写USB口的程序实现
• 5 仿真平台中控制回路的设计及实现
• 5.1 主燃油油量控制低压转子转速的回路设计
• 5.1.1 控制原理
• 5.1.2 控制回路设计
• 5.2 发动机尾喷口面积A8控制压比的回路设计
• 5.2.1 控制原理
• 5.2.2 控制回路设计
• 5.3 变循环控制回路设计
• 5.4 控制规律设计方案
• 6 综合调试
• 6.1 半物理仿真平台的搭建
• 6.2 仿真结果
• 6.2.1 加速过程仿真结果
• 6.2.2 减速过程仿真结果
• 结论
• 参考文献
• 研究成果
• 致谢