双外涵变循环发动机控制规律研究

作     者：缪荣成 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于兵

授予年度：2021年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：变循环发动机 部件级模型 控制规律 限制保护控制 

摘      要：现代飞行器对航空动力系统性能、经济性和安全性提出了极高的要求,给航空发动机的设计带来了极大挑战。变循环发动机,兼具小涵道比涡扇发动机超音速飞行和大涵道比涡扇发动机亚音速飞行的优势,是下一代航空动力系统的研究热点。为了研究变循环发动机的特性和控制规律,本文针对一种双外涵变循环发动机开展了部件级建模、系统特性、控制规律和限制保护控制研究,具体研究工作如下:建立了双外涵变循环发动机的部件级模型并开展了特性分析。基于Matlab/Simulink平台建立了双外涵变循环发动机非线性部件级模型,在建模的过程中,考虑了引放气系统和部件几何参数对部件特性的影响。利用所建立的部件级模型通过典型工况下的稳态仿真和加减速仿真验证了部件级模型的有效性。通过部件级模型仿真还得到了变循环发动机的转速特性和典型变几何部件特性。研究了双外涵变循环动机的控制规律包括稳态控制规律和加减速控制计划。借鉴传统涡扇发动机控制系统设计中相关概念和方法,结合变循环发动机的工作特点,划分了变循环发动机的工作状态,选取了控制参数和被控参数并设计了变循环发动机的状态控制计划。随后基于变循环发动机状态变量模型设计了稳态控制规律,基于功率提取法设计了加速控制计划,并通过数值仿真验证了稳态控制规律和加减速控制计划的有效性。考虑到变循环发动机具有两种工作模式的特点,对其模式转换控制规律进行了研究并进行了仿真验证。研究了双外涵变循环发动机的限制保护控制。首先通过数值仿真说明了限制保护控制在发动机控制中的必要性,并将传统低选—高选限制保护控制引入变循环发动机控制,通过状态变量模型数值仿真验证了该限制保护控制的有效性。随后对低选—高选限制保护控制进行了改进,增加了抗积分饱和模块保证了不同控制器切换时系统的动态性能,最后通过数值仿真验证了改进后低选—高选限制保护控制的有效性。