航空发动机近喘模型建立与稳定性控制研究

摘要

喘振、旋转失速是发动机不稳定性的重要表现，严重影响发动机安全工作。随着矢量喷管等技术的发展，对于飞机超机动飞行能力的要求越来越高，发动机面临越来越恶劣的进口条件，为了研究发动机在恶劣工况下的稳定控制问题，全文围绕涡扇发动机喘振不稳定性现象及其稳定性控制展开研究，开展了涡扇发动机近喘实时模型研究，基于压力相关度测量的主动稳定性控制技术研究，以及超机动飞行状态下发动机的高稳定控制问题。
　　首先，本文开展了涡扇发动机部件级近喘实时模型的建立。从发动机进口开始，沿流程计算各个部件。该模型考虑了发动机容腔的容积效应，风扇、压气机的失速区特性，以及燃烧室的熄火特性。在发动机进口建立进口流场畸变模型，能够模拟进口流场总温总压畸变，及复合畸变。最终采用龙格库塔法实现求解。
　　其次，在部件级近喘实时模型的基础上，开展了一种基于压力相关度测量的主动稳定性控制技术研究。该技术通过位于压气机转子边缘压力传感器采集的高频压力信号，进行压力相关度测量，进而估计喘振裕度，最终设计闭环的喘振裕度主动控制模式实现发动机在一定稳定裕度内工作，从而保证发动机不进喘。
　　另外，本文开展了高稳定控制研究，针对飞机超机动飞行状态下发动机的高稳定控制问题。包括在线喘振裕度动态估计研究，即利用神经网络离线训练得到可测参数与喘振裕度的映射关系，在得到的喘振裕度的基础上实现高稳定控制。研究了基于攻角预测的高稳定控制，包括畸变估计系统和稳定管理系统，最后进行了全数字仿真和半物理仿真试验。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1航空发动机近喘模型与稳定性控制研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3本文的主要研究工作

1.4本文内容安排

第二章 涡扇发动机近喘模型

2.1涡扇发动机近喘模型概述

2.2发动机近喘模型简介

2.3发动机近喘模型建立

2.4近喘模型仿真

2.5 本章小结

第三章 基于压力相关度测量的主动稳定性控制技术研究

3.1主动稳定性控制技术概述

3.2基于相关度测量的主动稳定性控制技术原理

3.3主动稳定性控制器设计

3.4基于压力相关度测量的主动稳定性控制仿真算例

3.5 本章小结

第四章 发动机高稳定控制研究

4.1高稳定控制概述

4.2一种基于在线喘振裕度估计的高稳定控制方案

4.3基于攻角预测的发动机高稳定控制

4.4基于攻角预测高稳定控制仿真算例

4.5 本章小节

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学其间的研究成果及发表的学术论文