固体火箭冲压发动机壅塞式燃气流量调节研究

摘要

固体火箭冲压发动机因其比冲高、可靠性好的出色性能而日渐成为世界各国在战术导弹领域的研究重点之一。作为固体火箭冲压发动机的关键技术，燃气流量调节能力密切影响着发动机工作时的性能与安全。壅塞式燃气流量调节技术相比其他方式的燃气流量调节方法，其燃气流量调节能力与灵活性更强，也因此成为了燃气流量调节技术领域的研究热点。本文主要针对固体火箭冲压发动机壅塞式燃气流量调节技术进行了相关分析与研究。
　　首先，研究了固体火箭冲压发动机壅塞式燃气流量调节系统的具体组成与工作原理，分析了燃气流量调节系统的工作特性及影响调节特性的重要因素，根据壅塞式燃气流量调节原理设计了一种基于电机传动的旋转滑盘阀式燃气流量调节系统，并基于此燃气流量调节系统分析了电动旋转滑盘阀的工作原理，选取了阀体材料、密封材料与密封方式，同时进行了驱动系统的分析与设计。
　　其次，根据所设计的燃气流量调节系统，分析并建立了燃气流量调节过程中各环节的动态数学模型，得到了所研究的燃气流量调节系统是一个具有负调特性的非最小相位系统，并从理论角度分析了负调现象产生的实质原因。在建立燃气流量调节系统控制框图的基础上，针对系统的动态特性分别进行了频域与时域的理论分析及仿真，分别从燃气发生器自由容积、调节阀运动速度、喷管喉部面积与燃速压强指数这四个方面分析了对燃气流量调节系统产生的影响，得到了燃气流量调节系统的零极点图与伯德图，并分别从燃气发生器自由容积与喷管喉部面积这两个方面分析了对系统放大系数与时间常数的影响规律。
　　最后，根据燃气流量调节系统控制器的设计要求得到了带有压强负反馈的燃气流量调节系统控制框图，采用传统PID与前馈自适应PID控制方法进行了控制器设计与仿真，得到传统PID控制方法并不能解决系统的超调问题，且调节时间长、系统稳定性差，而前馈自适应PID控制方法可以较好的解决超调量大的问题，且调节速度较快，控制精度较高。针对燃气流量调节系统具有不确定性与高度非线性的特点设计了模糊积分控制方法，仿真结果表明模糊积分控制能够使系统在长时间工作状况下保持良好的动态特性，且系统的超调量小、响应速度快、鲁棒性强。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 固体火箭冲压发动机研究现状

1．2．2 固体火箭冲压发动机燃气流量调节技术研究现状

1．2．3 固体火箭冲压发动机燃气流量调节阀研究现状

1．2．4 固体火箭冲压发动机燃气流量调节控制方法研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 固体火箭冲压发动机燃气流量调节系统设计

2．1 引言

2．2 燃气流量调节阀工作原理与特性

2．3 燃气流量调节阀设计

2．3．1 燃气流量调节阀结构设计

2．3．2 燃气流量调节阀材料设计

2．3．3 燃气流量调节阀密封设计

2．4 燃气流量调节驱动系统设计

2．4．1 驱动机构设计

2．4．2 步进电机特性分析

2．4．3 步进电机选型与分析

2．5 本章小结

3 固体火箭冲压发动机燃气流量调节系统动态特性研究

3．1 引言

3．2 燃气流量调节系统数学模型

3．2．1 燃气发生器喉部面积传递函数

3．2．2 固体推进剂燃速传递函数

3．2．3 燃烧室压强传递函数

3．2．4 喷管燃气流量传递函数

3．3 燃气流量调节系统数学模型框图

3．4 燃气流量调节系统动态特性分析

3．4．1 负调特性分析

3．4．2 时域特性分析

3．4．3 频域特性分析

3．4．4 变参数特性分析

3．5 本章小结

4 固体火箭冲压发动机燃气流量调节系统控制方法研究

4．1 引言

4．2 燃气流量调节系统控制模型

4．3 燃气流量调节系统控制方法设计

4．3．1 传统PID控制

4．3．2 前馈自适应PID控制

4．3．3 模糊控制

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果