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涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法

王荣 周文祥 黄金泉 骆居正 宋启波

王荣, 周文祥, 黄金泉, 等. 涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法[J]. 航空动力学报, 2022, 37(12):2896-2904 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220394
引用本文: 王荣, 周文祥, 黄金泉, 等. 涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法[J]. 航空动力学报, 2022, 37(12):2896-2904 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220394
WANG Rong, ZHOU Wenxiang, HUANG Jinquan, et al. Fixed states method of turbofan engine acceleration and deceleration control law design[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(12):2896-2904 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220394
Citation: WANG Rong, ZHOU Wenxiang, HUANG Jinquan, et al. Fixed states method of turbofan engine acceleration and deceleration control law design[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(12):2896-2904 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220394

涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220394
基金项目: 国家科技重大专项(2017-Ⅴ-0004-0054)
详细信息
    作者简介:

    王荣(1997-),男,硕士生,主要从事航空发动机建模与控制研究。E-mail:wangron@nuaa.edu.cn

    通讯作者:

    周文祥(1980-),男,副教授,博士,主要从事航空发动机建模与控制研究。E-mail:zhouwx@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V235.13

Fixed states method of turbofan engine acceleration and deceleration control law design

  • 摘要:

    为便于开展涡扇发动机过渡态控制规律的正向设计,提出了一种基于模型的定状态控制规律设计方法。通过固定发动机加减速过程中的转速状态量,逆向求解满足物理约束条件的最优燃油量,获得发动机最优加减速控制规律。以某涡扇发动机为例,使用该方法基于部件级模型动态仿真分别设计了发动机过渡态开环油气比控制规律与闭环转子加速度控制规律,结果表明:两种控制规律仿真结果基本一致,满足最短加减速时间的要求,发动机高、低压转速仿真曲线与设计状态一致,发动机涡轮出口总温、燃烧室余气系数和喘振裕度等主要参数均未超限,验证了所提出的涡扇发动机加减速控制规律定状态设计方法的正确性和有效性。

     

  • 图 1  双转子混排加力涡扇发动机示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of two-spool turbofan with afterburner

    图 2  加减速控制规律设计流程图

    Figure 2.  Flowchart of designing control law for acceleration and deceleration

    图 3  闭环转子加速度控制规律验证流程图

    Figure 3.  Flowchart of verification of n-dot control law

    图 4  $ {A_{\text{8}}} $开环控制规律

    Figure 4.  Open-loop law of $ {A_{\text{8}}} $

    图 5  二分法迭代过程(${n_{\text{h}}}{{ = 80\text{%} }}$

    Figure 5.  Iterative process of dichotomy (${n_{\text{h}}}{{ = 80\text{%} }}$

    图 6  发动机加速控制规律设计结果

    Figure 6.  Result of turbofan acceleration control law design

    图 7  在开环控制规律下发动机加速过程主要参数变化曲线

    Figure 7.  Change of main parameters during acceleration in open-loop law

    图 8  闭环转子加速度控制规律验证

    Figure 8.  Result of n-dot control law

    表  1  定状态法与过渡态显式算法中的变量设定

    Table  1.   Set of variables in fixed states method and explicit method

    组合方法固定参数初猜变量组监视参数
    (1)定状态法$\left[ {{n_{\text{l}}}{\text{,}}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {n_{\text{h}}}} \right]$$\left[ {{\pi _{{\text{fan}}}},{\kern 1pt} {\pi _{{\text{com}}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{ht}}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{lt}}}}} \right]$$\alpha {\kern 1pt} ,{T_{ {\text{t6} } } }{\kern 1pt},{S_{ {\text{mf} } } },{\kern 1pt} {S_{ {\text{mc} } } }$
    (2)过渡态显式算法$\left[ {{n_{\text{l}}}{\text{,}}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {n_{\text{h}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} \alpha } \right]$$\left[ {{\kern 1pt} {\pi _{{\text{fan}}}},{\kern 1pt} {\pi _{{\text{com}}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{ht}}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{lt}}}}} \right]$$\alpha $
    (3)过渡态显式算法$\left[ {{n_{\text{l}}}{\text{,}}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {n_{\text{h}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {T_{{\text{t6}}}}} \right]$$\left[ {{\kern 1pt} {\pi _{{\text{fan}}}},{\kern 1pt} {\pi _{{\text{com}}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{ht}}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{lt}}}}} \right]$${T_{{\text{t6}}}}$
    (4)过渡态显式算法$\left[ {{n_{\text{l}}}{\text{,}}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {n_{\text{h}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{fan}}}}} \right]$$\left[ {\pi _{ {\text{com} } } }{\kern 1pt},{\kern 1pt} {\pi _{ {\text{ht} } } } {\kern 1pt}, {\kern 1pt}{\pi _{\text{lt} } }{\kern 1pt}, {\kern 1pt}{ {\dot {m} }_{\text{f} } } \right]$${S_{ {\text{mf} } } }$
    (5)过渡态显式算法$\left[ {{n_{\text{l}}}{\text{,}}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {n_{\text{h}}}{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{{\text{com}}}}} \right]$$\left[ {\pi _{ {\text{fan} } } }{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{ {\text{ht} } } }{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} {\pi _{ {\text{lt} } } }{\kern 1pt} ,{\kern 1pt} { {\dot {m} }_{\text{f} } } \right]$${S_{ {\text{mc} } } }$
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  • 收稿日期:  2022-06-02
  • 网络出版日期:  2022-11-22

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