变几何涡轴发动机综合控制技术研究
论文主要包括两部分工作：涡轴发动机综合控制技术和涡轴发动机/直升机的综合控制技术研究。即通过研究涡轴发动机的综合控制规律设计的基本原理和在线优化技术，同时探索研究涡轴发动机与直升机综合控制的基本原理和基本方法，为新一代涡轴发动机控制系统设计提供可用的技术储备。
利用航空发动机的部件法建模技术，建立压气机几何可调的航空涡轮轴发动机的稳态数学模型；结合转子动力学方程和容积动力学方程，建立涡轴发动机的动态实时数学模型。同时采用健康因子的方法，建立反映涡轴发动机健康状态的稳态和动态数学模型。
利用该模型，研究变几何涡轴发动机的稳态工作过程和动态工作过程特点，研究健康状态变化对涡轴发动机的影响，提出了一种基于灰色关联度的涡轴发动机健康状态的估计技术方法；然后利用非线性的多变量优化算法，提出了健康状态变化的变几何涡轴发动机的综合控制规律优化方法；利用控制系统的快速原型设计技术，分别设计发动机、旋翼、控制器、跟踪滤波器等快速原型，开展综合控制规律的在线优化技术研究。
研究表明，建立的部件级涡轴发动机模型符合航空发动机原理，动态数学模型满足实时性要求。提出的涡轴发动机综合控制规律合理有效；最大功率模式，明显提高了涡轴发动机输出功率；最低油耗控制模式，能够有效降低燃油消耗；最低涡轮前温度模式能够显著降低自由涡轮进口温度。在线优化技术实现了涡轴发动机的单次优化控制的实时化；经过有限次实时优化后，在线优化技术使得发动机状态按照设定的约束条件逼近了最佳工作状态。
在原有直升机/发动机综合数学模型的基础上，在计算坐标系转换、重心选取、旋翼建模等关键环节上，对其进行了进一步的修正和完善，建立了具有更高置信度的六自由度的非定常直升机/涡轴发动机综合数学模型。利用建立的综合模型，开展了涡轴发动机/直升机的综合控制规律设计研究。仿真结果表明，建立的直升机与涡轴发动机综合模型能够满足工程需要。提出的直升机/涡轴发动机的综合控制规律相对于传统的PID控制，更为有效的改善了直升机的抗干扰能力和动态响应品质。
实时算法;快速原型;综合控制;跟踪滤波器;直升机;涡轴发动机
南京航空航天大学
博士
航空宇航推进理论与工程
孙健国
2011
中文
V235.12;V275.1
0
2013-06-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）