航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)建模與仿真是低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、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(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)半物理仿真試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)仿真模型開(kāi)展研究，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型、面向?qū)ο蟮牟考?jí)模型及控制系統(tǒng)模型、地面及高空起動(dòng)模型、控制算法等方面的研究工作。 首先建立了發(fā)動(dòng)機(jī)地面簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化模型的方法。穩(wěn)態(tài)模型采用插值法，動(dòng)態(tài)模型采用動(dòng)態(tài)系數(shù)法。該模型可實(shí)時(shí)模

2、擬地面發(fā)動(dòng)機(jī)從起動(dòng)到最大狀態(tài)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，簡(jiǎn)化模型穩(wěn)態(tài)誤差小于2％，動(dòng)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(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)通用仿真平臺(tái)。在深入研究航空發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)通用性能仿真平臺(tái)的總體框架，包括仿真類庫(kù)的層次結(jié)構(gòu)、輔助工具類庫(kù)、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(tái)功能強(qiáng)、界面友好，支持拖放方式構(gòu)建發(fā)動(dòng)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(gè)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(dòng)機(jī)全狀態(tài)、全飛行包線發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型，驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的有效性。接著，通過(guò)擴(kuò)展和繼承機(jī)制設(shè)計(jì)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)仿真類庫(kù)；利用控制類庫(kù)，組建了渦扇發(fā)動(dòng)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(duì)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)部件級(jí)模型是本文的另一個(gè)研究重點(diǎn)。本文首先研究了發(fā)動(dòng)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(dòng)部件特性，為建立全狀態(tài)部件級(jí)模型奠定了基礎(chǔ)；接著圍繞提高模型精度、實(shí)時(shí)性、確保全包線內(nèi)運(yùn)算收斂開(kāi)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(dòng)力學(xué)方法等。特別地，在部件級(jí)起動(dòng)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(dòng)初猜值選取等關(guān)鍵技術(shù)，建立了雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)地面及高空起動(dòng)模型，可計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(jí)實(shí)時(shí)模型經(jīng)仿真驗(yàn)證，穩(wěn)態(tài)誤差小于3％，慢車以上動(dòng)態(tài)誤差小于5％，起動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)誤差小于10％。 PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，至今仍在航空發(fā)動(dòng)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(wèn)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