TBCC推进系统与飞行器耦合建模及特性分析
实现低速起飞并加速至高超声速，必须使用组合推进系统。TBCC推进系统分段利用了涡轮发动机低马赫段和冲压发动机高马赫段高比冲的特点，是一个很理想的选择。而推进系统和飞行器间存在强耦合作用，很容易导致飞行任务的失败。因此一个能与推进系统相匹配的飞行器也是实现稳定飞行的重要一环。本文对使用TBCC发动机为动力的飞推一体化系统展开研究，分析了TBCC推进系统与飞行器独立工作及相互耦合时可能呈现出的不同特性。 首先，对TBCC进气道气动特性进行数值模拟。考虑到TBCC推进系统在转级过程中的流量分配问题，选用了一种双流道组合进气道。可以通过分流板的摆动来模拟转级过程中通道面积变化，进而调节两个发动机的流量分配。针对该进气道进行了全工况数值计算，从纯涡轮、转级、纯冲压三个模态，流场、马赫数、激波角、流量、流量系数、总压恢复等多个角度对该组合进气道气动特性进行了分析、解释与说明，为后续仿真模型进气系统的搭建提供了数据基础。 其次，根据发动机热力计算过程在Matlab/Simulink平台上搭建了TBCC组合发动机模型。采用范围马赫数转级方式，设定转级区间为Ma2.0~2.4。而后基于转级过程中总推力不变的原则对转级过程中涡轮及冲压发动机控制规律进行了设计。并给出了三种转级后的 TBCC控制规律且在发动机层面进行了仿真分析，着重分析了组合发动机在不同控制规律下推力、激波位置、燃烧室出口总温、马赫数等参数的动态特性。 再次，建立了乘波体飞行器模型。设计了一个使其稳定工作的飞行器控制器。在飞行器层面完成了不同推力、不同动压线以及不同飞行路径下的仿真。从飞行姿态、飞行状态、飞行气动力三个方面反应了飞行器正常运行时的飞行动态。 最后，建立了以 TBCC发动机为动力的飞推一体化系统。设计了一个加速度闭环控制系统。通过不同控制规律下的仿真结果分析，解释了一体化耦合特性的形成过程。通过不同情景模式的设计，分析并解释了可能导致模型失稳的条件及其原因。
涡轮发动机;TBCC推进系统;气动特性;流量分配;耦合特性
哈尔滨工业大学
硕士
动力机械及工程
常军涛
2017
中文
V235.1
100
2018-10-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）