TBCC推进系统与飞行器耦合建模及特性分析

摘要

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。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究现状分析及关键问题

1.4 论文主要内容及章节安排

第2章 TBCC组合发动机进气道气动特性分析

2.1 引言

2.2 TBCC组合发动机进气道模型及计算方法介绍

2.3 算例验证

2.4 三种模态下组合发动机进气道气动特性分析

2.5 本章小结

第3章 TBCC推进系统建模控制及特性分析

3.1 引言

3.2 外并联TBCC系统模型简介

3.3 TBCC转级区域控制规律设计

3.4 TBCC推进系统全工况特性分析

3.5 本章小结

第4章 搭载TBCC发动机的飞行器建模及特性分析

4.1 引言

4.2 飞行器参数设定及模型的建立

4.3 推力对飞行参数的影响

4.4 飞行轨迹对飞行参数的影响

4.5 本章小结

第5章 TBCC飞推一体化耦合模型特性分析

5.1 引言

5.2 加速度闭环的飞推一体化耦合模型控制问题

5.3 飞推一体化耦合路径分析

5.4 飞推一体化耦合特性分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢