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短距起飞/垂直降落发动机建模与控制技术研究

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短距起飞/垂直降落发动机建模与控制技术研究

作者：任冰涛南京航空航天大学

学位级别：硕士

短距起飞/垂直降落(STOVL)飞行器既拥有传统固定翼飞机的飞行速度快、执行任务半径大的特点,又可以像旋翼机一样对跑道依赖性弱、高效灵活。因此,该类型飞行器在军事领域有着广阔的发展前景,自问世以来就受到各航空大国的高度重视。国... 详细信息

短距起飞/垂直降落(STOVL)飞行器既拥有传统固定翼飞机的飞行速度快、执行任务半径大的特点,又可以像旋翼机一样对跑道依赖性弱、高效灵活。因此,该类型飞行器在军事领域有着广阔的发展前景,自问世以来就受到各航空大国的高度重视。国内在这一领域的研究起步较晚,设计经验不足,尚需开展大量的工作。本文围绕STOVL发动机的模型建立及其控制方法开展研究,并进行了数字仿真验证。论文首先研究了短距起飞/垂直降落发动机部件级模型的建立方法。在涡扇发动机模型基础上,添加升力风扇模型、可调外涵模型,并采用风扇叶根叶尖分段建模方法。运用部件特性修正方法得出各部件特性,建立稳态和动态的平衡方程,完成对STOVL发动机数学模型的建立工作。针对线化模型建模中偏导数法和拟合法的缺点,采用改进粒子群(PSO)算法,建立STOVL发动机线性模型,为后续控制器设计奠定基础。其次,论文研究了STOVL发动机的常规模式控制方法。按照油门杆角度将发动机工作状态分为慢车状态、节流状态和中间状态。设计基于智能算法的神经网络逆PI控制器,用于慢车状态控制;设计ALQR(增广线性二次型调节器)控制器,用于节流状态控制;在中间状态开展输出量选择和控制结构设计,在此基础上设计基于LMI的H2/H∞解耦控制器。通过数字仿真验证了这三种控制器的有效性。最后,针对STOVL发动机悬停模式开展直接推力控制研究。基于改进迭代约简最小二乘支持向量回归机(IRR-LSSVR)设计推力估计器,分别映射升力风扇推力和巡航发动机推力,采用增广LQR方法进行控制,并通过仿真验证了算法的有效性。

关键词：航空发动机短距起飞/垂直降落建模控制控制结构设计推力估计

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短距起飞/垂直降落发动机建模技术研究

航空动力学报 2015年第10期30卷 2531-2538页

作者：任冰涛李秋红亢岚王元南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

参考常规双轴涡扇发动机数学模型,建立了适用于短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机的变循环发动机部件级数学模型;通过特性外推,建立了轴驱动升力风扇数学模型;采用神经网络映射涵道总压损失的方法,建立了滚转喷管和外涵模型.根据STOVL发动... 详细信息

参考常规双轴涡扇发动机数学模型,建立了适用于短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机的变循环发动机部件级数学模型;通过特性外推,建立了轴驱动升力风扇数学模型;采用神经网络映射涵道总压损失的方法,建立了滚转喷管和外涵模型.根据STOVL发动机结构和部件变化特点,建立了稳态和动态共同工作方程.参照国外文献仿真数据进行设计点计算,并按照Bevilaqua提出方法开展了由常规涡轮风扇模式到悬停涡轮轴模式的过渡态仿真.仿真结果表明:建立的数学模型在悬停状态设计点和高空巡航点与国外文献数据相比误差均小于1.5%,推力达到悬停状态要求,符合STOVL发动机的设计特点,验证了该建模方法的有效性.

关键词：短距起飞/垂直降落(STOVL) 升力风扇过渡态仿真变循环发动机建模技术

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STOVL飞机发动机多变量控制方法

航空动力学报 2017年第8期32卷 2041-2048页

作者：庞淑伟李秋红任冰涛张海波南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机发动机已采用多变量控制方法。基于鲁棒稳定性和条件数分析、块相对增益矩阵分析,对STOVL飞机发动机不同工作模式下的三变量控制系统输出选择和控制结构设计进行了研究。对常规工作模式,提出了基于多目标... 详细信息

短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机发动机已采用多变量控制方法。基于鲁棒稳定性和条件数分析、块相对增益矩阵分析,对STOVL飞机发动机不同工作模式下的三变量控制系统输出选择和控制结构设计进行了研究。对常规工作模式,提出了基于多目标优化的三变量分块解耦控制方法,通过定义最优指标实现动态跟踪和分块间的耦合抑制。对常规工作模式和垂直起降工作模式间的切换,提出基于升力风扇功率前馈的复合控制方法,以消除负载变化对系统性能的影响。仿真结果表明:提出的控制方法能够保证常规工作模式下良好的解耦控制效果,能够实现不同工作模式间的平稳过渡,验证了控制方法的可行性。

关键词：短距起飞/垂直降落工作模式切换多变量控制分块解耦负载前馈

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基于遗传算法的航空发动机部件特性修正

北京航空航天大学学报 2014年第5期40卷 690-694页

作者：潘鹏飞李秋红任冰涛姜殿文南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

研究了航空发动机部件特性修正技术,提出了一种基于变适应度函数的模型优化算法,以达到减小总体建模误差,提高模型精度的目的.在稳态模型的基础上,对引气系数、总压恢复系数和各部件的特性进行了修正,使修正后的模型输出与实验数据相一... 详细信息

研究了航空发动机部件特性修正技术,提出了一种基于变适应度函数的模型优化算法,以达到减小总体建模误差,提高模型精度的目的.在稳态模型的基础上,对引气系数、总压恢复系数和各部件的特性进行了修正,使修正后的模型输出与实验数据相一致.采用改进遗传算法,对交叉率和变异率进行了非线性自适应调整,并根据误差大小调整适应度加权系数,避免算法陷入局部最优,同时减小最大建模误差.仿真结果表明,修正后各实验参数平均误差从2.4208%减小到0.3217%,模型满足稳态误差小于2%的要求.

关键词：航空发动机变适应度部件特性修正遗传算法

碳化硼改性聚苯硫醚短纤维的制备及抗氧化性研究

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合成纤维工业 2024年第2期47卷 49-52页

作者：任冰涛山东明化新材料有限公司山东济南250204

以纤维级聚苯硫醚(PPS)树脂和纳米级碳化硼为原料,采用硅烷偶联剂对纳米级碳化硼进行表面处理,将处理后的碳化硼与PPS共混熔融纺丝制备碳化硼改性PPS短纤维,利用浓硫酸对改性PPS短纤维进行氧化处理,研究纳米碳化硼含量及硅烷偶联剂含量... 详细信息

以纤维级聚苯硫醚(PPS)树脂和纳米级碳化硼为原料,采用硅烷偶联剂对纳米级碳化硼进行表面处理,将处理后的碳化硼与PPS共混熔融纺丝制备碳化硼改性PPS短纤维,利用浓硫酸对改性PPS短纤维进行氧化处理,研究纳米碳化硼含量及硅烷偶联剂含量对改性PPS短纤维抗氧化性的影响,并探讨了其抗氧化机理。结果表明:随着碳化硼含量及硅烷偶联剂含量的增加,改性PPS短纤维经浓硫酸处理后的强力保持率均呈现先增后降的变化趋势;在硅烷偶联剂质量分数(相对碳化硼)为0.7%、碳化硼质量分数(相对PPS)为1.2%时,改性PPS短纤维的抗氧化性好,纤维在浓硫酸处理下强力保持率达94.7%,比未改性PPS短纤维经浓硫酸处理后的强力保持率(84.9%)提高11.5%;碳化硼改性PPS短纤维的抗氧化机理主要是碳化硼本身具有良好的抗氧化性,硅烷偶联剂的分散作用和偶联作用也有助于提高PPS短纤维的抗氧化性能。

关键词：聚苯硫醚纤维碳化硼共混改性熔融纺丝抗氧化性

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顶置多喷嘴气化炉点火烧嘴熄火可行性数值模拟研究

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氮肥与合成气 2019年第2期47卷 6-11页

作者：孙志田李光任冰涛山东明化投资控股有限公司济南250200

分4种工况对顶置多喷嘴气化装置正常投煤,借助Fluent软件数值计算分析投煤后熄灭点火烧嘴通入保护N_2对气化炉正常运行的影响。结果表明:熄灭点火烧嘴,通入N_2进行保护的方案是可行的,但是通入的N_2应该具备一定的流量和速率,才能达到... 详细信息

分4种工况对顶置多喷嘴气化装置正常投煤,借助Fluent软件数值计算分析投煤后熄灭点火烧嘴通入保护N_2对气化炉正常运行的影响。结果表明:熄灭点火烧嘴,通入N_2进行保护的方案是可行的,但是通入的N_2应该具备一定的流量和速率,才能达到保护气作用。N_2体积流量应控制在45 m^3/h(标态)以上,否则可能会对点火烧嘴和粉煤烧嘴造成双重破坏。

关键词：气化炉 Fluent N2保护点火烧嘴粉煤烧嘴

顶置多喷嘴气化炉点火烧嘴熄火可行性数值模拟研究

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天津化工 2019年第2期33卷 40-43页

作者：孙志田李光任冰涛山东明化投资控股集团有限公司山东章丘250200 山东明泉新材料科技有限公司山东章丘250200

本文以FLUENT软件为工具,分四种工况对顶置多喷嘴气化装置正常投煤后,熄灭点火烧嘴,对点火烧嘴通入氮气进行保护进行了模拟研究;研究结果表明:熄灭点火烧嘴,通入氮气进行保护方案是可行的,但是保护氮气量应该控制在45Nm^3/h以上,一旦低... 详细信息

本文以FLUENT软件为工具,分四种工况对顶置多喷嘴气化装置正常投煤后,熄灭点火烧嘴,对点火烧嘴通入氮气进行保护进行了模拟研究;研究结果表明:熄灭点火烧嘴,通入氮气进行保护方案是可行的,但是保护氮气量应该控制在45Nm^3/h以上,一旦低于这个值可能会对点火烧嘴和粉煤烧嘴造成双重破坏。

关键词： FLUENT 氮气保护点火烧嘴粉煤烧嘴

于神经网络和卡尔曼滤波器的航空发动传感器故障诊断研究

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于神经网络和卡尔曼滤波器的航空发动传感器故障诊断研究

CO_2并网对Shell粉煤气化装置的影响及管网优化措施

全面建成小康社会与中国航空发展——2013首届中国航空科学技术大会

作者：张高钱李秋红任冰涛南京航空航天大学能源与动力学院

针对航空发动机常见的传感器故障问题,本文设计了一种基于BP(BackPropagation)神经网络与Kalman滤波器组合的传感器故障诊断系统。以飞行条件和主燃油为输入,诊断系统能够预测出发动机传感器信号,将预测信号与传感器信号对比得到偏差量... 详细信息

针对航空发动机常见的传感器故障问题,本文设计了一种基于BP(BackPropagation)神经网络与Kalman滤波器组合的传感器故障诊断系统。以飞行条件和主燃油为输入,诊断系统能够预测出发动机传感器信号,将预测信号与传感器信号对比得到偏差量,采用阈值判别法,得到传感器故障诊断结果。以某型涡扇发动机为对象进行的仿真结果表明,该系统在发动机稳态、动态及部件发生性能蜕化情况下的传感器预测输出最大误差小于1%,满足故障诊断与信号重构的要求。该系统可实现对发动机全状态、全工况下的单传感器及多传感器漂移或偏置故障的诊断,并能够实现传感器的信号重构。

关键词：航空发动机传感器故障诊断神经网络卡尔曼滤波器

来源： cnki会议评论

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化肥工业 2012年第1期39卷 50-52,56页

作者：任冰涛李吉辉河南煤业化工集团中原大化有限责任公司河南濮阳457000

分析了在Shell粉煤气化装置中以CO2代替N2作为煤粉输送介质后对工艺系统可能产生的影响,介绍了相应的优化措施。试运行情况表明:在Shell粉煤气化装置切入、投用、切出CO2期间,装置运行平稳,没有出现大幅度波动;投用CO2后,气化装置运行... 详细信息

分析了在Shell粉煤气化装置中以CO2代替N2作为煤粉输送介质后对工艺系统可能产生的影响,介绍了相应的优化措施。试运行情况表明:在Shell粉煤气化装置切入、投用、切出CO2期间,装置运行平稳,没有出现大幅度波动;投用CO2后,气化装置运行情况和合成气品质优于纯N2状况,下游甲醇装置的弛放气量大幅减少;不仅满足了Shell粉煤气化装置安全、稳定、长周期运行的要求,而且实现了节能降耗的目的。

关键词： Shell粉煤气化输送介质优化措施