带矢量喷管发动机建模与短距起飞控制研究

论文摘要

本文首先阐述了航空发动机风扇、压气机进口可调导叶的建模思想和过程,完善了矢量喷管数学模型,解决了以往模型慢车状态下不收敛的问题,剔除了理想发动机模型,直接计算各参数理想值来求得各性能参数,然后与其他部件级模型组成带矢量喷管的涡扇发动机模型,最后通过仿真数据,分析了各变量变化趋势是否合理,通过与三维流场计算值比较,对模型进行验证,在模型里对差异较大的尾喷管性能参数,进行了修正。在上述带矢量喷管发动机数学模型的基础上,构成了带矢量喷管的飞机/发动机综合仿真模型,对飞机简要模型及其子控制系统进行了必要的阐述,在带推力矢量的综合飞行/推进控制系统基础上,采用一种增广LQR(ALQR)方法,设计了ALQR控制器,实现了飞机起飞阶段推力矢量控制与气动舵面控制的融合,通过与PID常规单独气动舵面控制数值仿真效果的比较,较大程度地缩短了起飞距离,验证了此控制器的有效性与优越性。另外为了比较在相同控制变量下,不同控制器的效果,设计了PID双变量控制器,最后对这两种控制器优劣作了评价并提出相关建议。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 气路压缩部件导叶可调
• 1.2 矢量喷管
• 1.3 推力矢量技术
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 可调导叶角气路压缩部件建模
• 2.1 概述
• 2.2 建立可调导叶角风扇、压气机模型
• 2.2.1 建模过程
• 2.2.2 三维插值程序实现
• 2.3 风扇压气机特性曲线
• 2.4 导叶角阶跃变化仿真曲线
• 2.4.1 风扇导叶角加正负0.5 度阶跃各参数仿真曲线
• 2.4.2 压气机导叶角加正负0.5 度阶跃各参数仿真曲线
• 2.5 小结
• 第三章 建立带矢量喷管的发动机数学模型
• 3.1 概述
• 3.2 轴对称收敛-扩张型矢量喷管的工作
• 3.3 轴对称收敛-扩张型矢量喷管的性能参数
• 3.4 轴对称收敛-扩张型矢量喷管数学模型
• 3.4.1 建立轴对称收敛－扩张喷管数学模型
• 3.4.2 建立轴对称收敛－扩张矢量喷管数学模型
• 3.5 建立带矢量喷管的涡扇发动机数学模型
• 3.5.1 对象发动机简介
• 3.5.2 稳、动态过程的控制方程
• 3.5.3 部件级模型求解
• 3.6 矢量喷管偏转对发动机各性能参数的影响
• 3.6.1 矢量偏转角变化对矢量喷管性能参数的影响
• 3.6.2 矢量偏转角阶跃变化对发动机参数的影响
• 3.6.3 矢量偏转角对高低压转子共同工作线的影响
• 3.6.4 矢量喷管性能参数对比
• 3.7 小结
• 第四章 推力矢量控制
• 4.1 概述
• 4.2 推力矢量控制技术的介绍
• 4.2.1 推力矢量控制的原理
• 4.2.2 推力矢量控制的分类
• 4.3 建立飞机/发动机综合仿真模型
• 4.3.1 飞机仿真模型介绍
• 4.3.2 飞机俯仰角位移控制系统与高度控制系统
• 4.3.3 飞机/发动机综合仿真模型
• 4.4 带推力矢量的综合飞行/推进控制系统
• 4.4.1 系统组成和功能
• 4.4.2 综合飞行/推进系统的建模
• 4.5 小结
• 第五章 起飞阶段飞行/发动机推力矢量综合控制研究
• 5.1 概述
• 5.2 起飞过程发动机控制
• 5.3 起飞过程飞行控制
• 5.3.1 单独舵面控制
• 5.3.2 推力矢量与气动舵面综合控制
• 5.4 仿真计算结果
• 5.4.1 操纵量的变化过程
• 5.4.2 起飞性能比较
• 5.4.3 对发动机性能参数的影响
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 进一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的论文
• 附录一 矢量喷管三维内流计算数据