涡扇发动机动态模型建立及加力数控方案设计

论文摘要

航空发动机数字电子控制方式是现代涡扇发动机控制应用的主流技术。目前国外大多数喷气飞机的发动机都是采用数字电子控制器，国内的数字电子控制系统设计也进入实用阶段。本文所研究的涡扇发动机由于是三十多年前的产品，采用的机械液压控制器已经不能满足要求，因此需要改进为数字电子控制系统。其中，加力数字电子控制器是其改进的第一步。 控制系统的设计需要有准确的发动机稳态和动态模型为设计依据。本文首先参考了国内外公开发表论文上的一些建模方法，以该型发动机稳态数学模型为基础，采用FORTRAN程序编写了该发动机的非线性动态模型。然后，文中采用精度比较高的拟合法，对非线性动态模型进行线性化，得到了该发动机的状态空间模型。随后，本文参考国外设计非线性实时模型的方法，采用C++语言设计出该发动机的非线性实时模型，它可以用在该发动机的数字电子控制器的全数字和半物理仿真中。最后，本文根据该型发动机加力数字电子控制系统的技术要求，对其加力数字电子控制系统总体方案进行了设计。 为了验证所建立的发动机模型的准确性与实用性，文中将非线性非实时模型与发动机试验数据、线性模型与非线性非实时模型、实时模型与非实时模型的输出进行了对比。对比结果表明所建立的各个数学模型可以用于控制系统的设计。本文所设计的控制系统总体方案也具有一定的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 航空发动机控制系统的发展趋势
• 1.2 国内外数字电子控制器的发展现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 非线性动态模型的建立
• 2.1 前言
• 2.2 非线性稳态计算模型介绍
• 2.3 非线性动态模型程序研制思路
• 2.4 非线性动态模型程序验证
• 2.4.1 动态程序计算结果同稳态程序计算结果的比较
• 2.4.2 加速过程动态模拟结果同试车结果的比较
• 2.4.3 减速情况模拟与试验比较
• 2.4.4 带加力状态的全加速过程仿真结果
• 2.5 小结
• 第三章 线性模型的建立
• 3.1 前言
• 3.2 建立线性化模型思路
• 3.2.1 非线性动态模型数据输出及归一化处理
• 3.2.2 参数拟合求解
• 3.3 线性化模型与非线性动态模型结果及比较
• 3.4 线性化动态模型的建立
• 3.4.1 分段线性化的原理
• 3.4.2 线性化动态模型结果验证
• 3.5 小结
• 第四章 非线性实时模型的建立
• 4.1 前言
• 4.2 非线性实时模型的研制思路
• 4.3 非线性实时数学模型的建立
• 4.3.1 整体建模方法
• 4.3.2 初值计算
• 4.3.3 进气道部件特性计算
• 4.3.4 风扇部件特性计算
• 4.3.5 压气机部件特性计算
• 4.3.6 外涵道部件特性拟合计算
• 4.3.7 主燃烧室部件特性计算
• 4.3.8 高压涡轮部件特性计算
• 4.3.9 低压涡轮部件特性计算
• 4.3.10 混合室部件特性计算
• 4.3.11 加力燃烧室部件特性计算
• 4.3.12 尾喷口部件特性计算
• 4.3.13 共同作用方程
• 4.3.14 迭代方法
• 4.4 非线性实时数学模型验证
• 4.4.1 非线性实时模型实时性验证
• 4.4.2 非线性实时模型准确性验证
• 4.4.3 非地面状态计算结果比较
• 4.5 小结
• 第五章 加力数字电子控制系统总体方案设计
• 5.1 前言
• 5.2 加力数字电子控制系统的技术要求
• 5.2.1 喷口面积控制
• 5.2.2 加力供油控制要求
• 5.2.3 参数限制控制要求
• 5.2.4 其他关联控制
• 5.3 数字电子控制系统设计
• 5.3.1 尾喷管控制模式示意图
• 5.3.2 加力燃油控制模式
• 5.3.3 参数限制控制模式
• 5.4 加力数字电子控制系统总体方案设计
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢
• 附录: Q440子程序流程图