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混联式TBCC发动机控制器硬件在回路系统研究

混联式TBCC发动机控制器硬件在回路系统研究

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作者：李维周厦门大学

学位级别：硕士

TBCC发动机作为一种可以实现飞行器从地面水平起飞到高超声速巡航的组合动力装置,有着广阔的应用前景。目前对TBCC发动机控制系统的研究面临模型置信度低、实物验证匮乏、“推力鸿沟”等问题,本文针对上述问题展开了研究,取得了如下研... 详细信息

TBCC发动机作为一种可以实现飞行器从地面水平起飞到高超声速巡航的组合动力装置,有着广阔的应用前景。目前对TBCC发动机控制系统的研究面临模型置信度低、实物验证匮乏、“推力鸿沟”等问题,本文针对上述问题展开了研究,取得了如下研究成果:第一,建立了对称推力布局的混联式TBCC发动机数值仿真模型。首先,搭建了基于T-MATS模块的涡喷发动机模型、基于空气动力学方程的引射-亚燃发动机模型以及基于影响系数法的超燃发动机模型;接着,根据进排气系统的气路流量特性建立了组合进气道与共同尾喷管模型;最后,根据子模型耦合关系搭建了 TBCC发动机整机模型,能够满足发动机马赫数0～6推力仿真需求。第二,开发了 TBCC分布式硬件在回路仿真系统。以搭载实时Linux系统的多核ARM为主控单元,将TBCC主要模块分别用ARM板与伺服电机代替,通过编程实现了 TBCC发动机的数据通讯、接口配置、信息采集、控制输出、界面显示等功能,完成了 TBCC发动机真实模块在分布式硬件在回路系统的模拟。第三,研究了 TBCC发动机的控制器设计。首先,分析了 TBCC发动机的飞行任务需求与安全限制,设计了安全保护与模态转换控制策略;然后,设计了TBCC各子通道的PID控制器,综合上述控制策略形成了完整的TBCC控制器;最后,将TBCC控制器集成到ARM板形成真实电子控制器,并利用分布式硬件在回路系统对该控制器进行了测试,结果表明TBCC控制器可以有效、安全、平稳地控制推力输出。综上所述,本文建立了 TBCC发动机部件级模型、开发了 TBCC分布式硬件在回路仿真系统,设计了 TBCC控制器,满足推力跟踪、模态转换以及安全限制保护控制要求,为机载TBCC发动机控制器研发奠定了基础。

关键词：涡轮引射冲压组合发动机 ARM 嵌入式Linux 硬件在回路电子控制系统

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对称推力布局的串并混联TBCC航空发动机建模

对称推力布局的串并混联TBCC航空发动机建模

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作者：李士振厦门大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器作为21世纪航空航天领域的技术制高点,其发展将为航空航天技术带来革命性突破,高超声速飞行器所需的动力装置——组合循环动力发动机的研究是能否实现高超声速飞行的关键。为了实现不同组合推进装置工作在各自最佳的适用... 详细信息

高超声速飞行器作为21世纪航空航天领域的技术制高点,其发展将为航空航天技术带来革命性突破,高超声速飞行器所需的动力装置——组合循环动力发动机的研究是能否实现高超声速飞行的关键。为了实现不同组合推进装置工作在各自最佳的适用范围内,获得最优的推进效果,各种组合循环动力发动机被相继提出。其中以涡喷发动机为主要特征的涡轮基组合循环发动机因良好的工程应用前景受到航空领域的广泛重视。多通道涡轮引射冲压组合发动机方案以涡轮发动机为基础,集成冲压发动机、火箭发动机,技术成熟度较高、进气道流量调节和起动性能较好、研制周期短,为我国TBCC发展提供了另一条发展路径。本研究以此方案为基础实现对称推力布局的串并混联TBCC航空发动机建模。国内对TBCC建模研究缺少高保真部件级模型,且在TBCC发动机内存在较复杂的耦合关系,本研究根据现有条件从组合发动机各子系统结构出发,完成主要工作如下:(1)根据发动机工作中的物理结构特性和气动热力学原理,利用T-MATS模块建立涡喷发动机的部件级模型并搭建了转速控制系统,根据激波原理搭建亚燃冲压发动机的部件级性能模型并对其特性进行分析;(2)根据串并混联布局的特性建立了超燃冲压发动机的一体化部件级模型,设计混压式进气道设计并分析超燃冲压发动机特性分析,对避免推力鸿沟问题提出引射/亚燃冲压模态并对引射模态建立模型,根据XTER方案中组合进气道装置分流板分析,建立TBCC整机模型;(3)根据课题背景确定飞行器飞行条件和发动机各模态的工作范围,根据各子系统工作耦合关系建立组合循环发动机整机模型,最后根据各子系统的工作特性设定模态切换规则,对模态切换特性进行相关分析。综上所述,本文应用部件级建模方法搭建组合循环发动机子系统部件性能模型,构建了具有复杂耦合关系的组合循环发动机整机模型,为TBCC控制算法提供了适用平台,对TBCC模态切换与优化工作具有重要意义。

关键词：涡轮引射冲压组合发动机引射/冲压模态部件级建模

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