航空發(fā)動機(jī)及控制系統(tǒng)建模與面向?qū)ο蟮姆抡嫜芯?pdf

1、航空發(fā)動機(jī)及其控制系統(tǒng)建模與仿真是低成本、低風(fēng)險、高效率地研制先進(jìn)航空推進(jìn)系統(tǒng)的重要工具和手段。論文圍繞發(fā)動機(jī)數(shù)控系統(tǒng)半物理仿真試驗(yàn)用發(fā)動機(jī)及控制系統(tǒng)仿真模型開展研究，主要包括發(fā)動機(jī)簡化模型、面向?qū)ο蟮牟考壞Ｐ图翱刂葡到y(tǒng)模型、地面及高空起動模型、控制算法等方面的研究工作。 首先建立了發(fā)動機(jī)地面簡化模型。在缺乏部件特性的情況下，提出了根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立發(fā)動機(jī)簡化模型的方法。穩(wěn)態(tài)模型采用插值法，動態(tài)模型采用動態(tài)系數(shù)法。該模型可實(shí)時模

2、擬地面發(fā)動機(jī)從起動到最大狀態(tài)的動態(tài)過程。與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，簡化模型穩(wěn)態(tài)誤差小于2％，動態(tài)誤差小于5％。 基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立了航空發(fā)動機(jī)及其控制系統(tǒng)通用仿真平臺。在深入研究航空發(fā)動機(jī)面向?qū)ο蠓抡鏅C(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)完成了航空發(fā)動機(jī)通用性能仿真平臺的總體框架，包括仿真類庫的層次結(jié)構(gòu)、輔助工具類庫、交互仿真算法及程序界面等，提高了代碼重用率，避免了全局變量的使用。仿真平臺功能強(qiáng)、界面友好，支持拖放方式構(gòu)建發(fā)動機(jī)模型，使用靈活，充分體現(xiàn)了

3、面向?qū)ο蠼７椒ǖ膬?yōu)越性。 在總體仿真框架的基礎(chǔ)上，利用Visual C++編寫實(shí)現(xiàn)了各個仿真類、交互仿真算法及程序界面的代碼，建立了雙軸混排不帶加力渦扇發(fā)動機(jī)全狀態(tài)、全飛行包線發(fā)動機(jī)部件級模型，驗(yàn)證了發(fā)動機(jī)性能仿真平臺的有效性。接著，通過擴(kuò)展和繼承機(jī)制設(shè)計(jì)了航空發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)仿真類庫；利用控制類庫，組建了渦扇發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制系統(tǒng)仿真模型的有效性。 針對發(fā)動機(jī)部件特性不全、不夠精確的現(xiàn)狀，如何建立全狀態(tài)

4、、全飛行包線收斂并具有較高精度的發(fā)動機(jī)實(shí)時部件級模型是本文的另一個研究重點(diǎn)。本文首先研究了發(fā)動機(jī)部件特性的外推方法，成功外推出慢車以上缺失的近三分之一的部件特性及全部起動部件特性，為建立全狀態(tài)部件級模型奠定了基礎(chǔ)；接著圍繞提高模型精度、實(shí)時性、確保全包線內(nèi)運(yùn)算收斂開展了一系列研究工作，包括部件特性修正、放氣/引氣建模、穩(wěn)態(tài)仿真初猜值選取、容積動力學(xué)方法等。特別地，在部件級起動建模方面，研究了燃燒效率修正、總壓恢復(fù)系數(shù)修正、高溫部件熱傳遞

5、建模、起動初猜值選取等關(guān)鍵技術(shù)，建立了雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動機(jī)地面及高空起動模型，可計(jì)算發(fā)動機(jī)起動全程各截面熱力學(xué)參數(shù)。所建立的全狀態(tài)、全包線部件級實(shí)時模型經(jīng)仿真驗(yàn)證，穩(wěn)態(tài)誤差小于3％，慢車以上動態(tài)誤差小于5％，起動過程動態(tài)誤差小于10％。 PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，至今仍在航空發(fā)動機(jī)控制中得到普遍應(yīng)用；人工免疫系統(tǒng)作為一種新興的智能系統(tǒng)，提供了解決復(fù)雜問題的新思路。論文最后將生物免疫反饋機(jī)理引入到現(xiàn)有PID控制系統(tǒng)中，提出了一