检索结果-内蒙古大学图书馆

航空动力学报 2023年第3期38卷 717-727页

作者：魏宝泽杨勇张新榃张驰中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心北京102211

为了提升自动变桨距螺旋桨电推进系统的整体效率,引入最优功率控制规律:自动变桨距螺旋桨电推进系统可根据飞行工况和推力需求,同时调节桨距角和螺旋桨转速两个变量,最终获得一组桨距角和螺旋桨转速的组合,使得推进系统在满足推力需求... 详细信息

为了提升自动变桨距螺旋桨电推进系统的整体效率,引入最优功率控制规律:自动变桨距螺旋桨电推进系统可根据飞行工况和推力需求,同时调节桨距角和螺旋桨转速两个变量,最终获得一组桨距角和螺旋桨转速的组合,使得推进系统在满足推力需求的情况下实现最小的功率消耗,最终达成飞行任务剖面内最小能耗控制的目标。为了验证方法的有效性,针对同一电推进系统,分别采用最优功率控制规律和恒速控制规律完成相同的飞行任务剖面,获得了两种控制规律下的螺旋桨推进效率、电动机效率、电推进系统总效率和电推进系统能耗数据。结果证明:相较于恒速控制规律,最优功率控制规律能够有效的提升电推进系统效率并降低能耗,完成相同飞行任务剖面的能耗降低6.3%左右。

关键词：电推进系统变桨距螺旋桨最优功率控制规律恒速控制规律能效优化

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单杆操控的变桨距微型涡桨发动机控制系统设计与验证

单杆操控的变桨距微型涡桨发动机控制系统设计与验证

引用

作者：张孟伟南京航空航天大学

学位级别：硕士

单杆操控是先进涡桨发动机控制系统的发展方向。本文以实验室一台真实的可变桨距微型涡桨发动机为对象开展控制系统研究,内容涉及微型涡桨发动机建模、单杆操控系统设计、硬件在环仿真试验以及台架试验。(1)微型涡桨发动机建模研究。本... 详细信息

单杆操控是先进涡桨发动机控制系统的发展方向。本文以实验室一台真实的可变桨距微型涡桨发动机为对象开展控制系统研究,内容涉及微型涡桨发动机建模、单杆操控系统设计、硬件在环仿真试验以及台架试验。(1)微型涡桨发动机建模研究。本文根据开环试验数据,利用二阶ARX模型建立核心机转速动态模型,利用转子动力学方法建立螺旋桨转速动态模型,最终建立了以燃油量和桨距角为输入量,核心机和螺旋桨转速为输出量的微型涡桨发动机慢车以上状态数值拟合模型。以该模型为研究对象,建立恒转速闭环控制算法,并进行仿真验证。(2)单杆操控系统设计。本文通过分析微型涡桨发动机的工作特性,设计单杆操控系统结构。设计了单杆操控系统的控制计划,规划发动机核心机转速与螺旋桨转速,使单功率杆线性对应发动机输出功率。设计单杆操控系统的控制算法,建立参考模型滑模变结构控制算法,设计算法参数,使其能自动调节燃油量与桨距角,跟踪核心机与螺旋桨转速指令。通过数值仿真对单杆操控系统进行了验证。(3)硬件在环仿真试验。针对发动机台架的传感器与执行机构特点,设计接口模拟器的硬件与软件。根据发动机监控需求,设计微型涡桨发动机的上位机监控软件,软件拥有对发动机的完整监控权限,能够在不同控制律间实现平稳切换。对滑模变结构控制算法进行硬件在环仿真,模拟真实台架上的控制效果并对控制算法进行优化。(4)台架试验验证。对实验室微型涡桨发动机进行台架试车,验证单杆操控系统的可行性与效果。台架试验表明,本文设计的单杆操控系统能有效控制双自由度发动机,简化发动机操作;滑模变结构控制算法可有效进行多变量控制;功率规划系统可实现功率杆开度与发动机功率的线性对应,输出功率偏差不超过3%;单杆稳态控制计划与传统的恒转速控制计划相比,相同功率下平均耗油可降低5.7%。

关键词：涡桨发动机变桨距螺旋桨单杆操控系统功率规划系统滑模变结构控制台架试验

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可变桨距微型涡桨发动机控制系统设计与试验研究

可变桨距微型涡桨发动机控制系统设计与试验研究

引用

作者：夏天乾南京航空航天大学

学位级别：硕士

微型燃气涡轮发动机作为一种特殊的航空发动机,已经广泛应用于无人机、巡航导弹以及航模领域。具有燃油量和可调桨距角输入的微型涡桨发动机试验系统是航空发动机建模、多变量控制和先进控制规律的理想研究平台。传统大型发动机的变桨... 详细信息

微型燃气涡轮发动机作为一种特殊的航空发动机,已经广泛应用于无人机、巡航导弹以及航模领域。具有燃油量和可调桨距角输入的微型涡桨发动机试验系统是航空发动机建模、多变量控制和先进控制规律的理想研究平台。传统大型发动机的变桨距机构较为复杂,对于微型涡桨发动机来说成本高且安装空间有限,因而市面所售的微型涡桨发动机都是定桨距的。本文建立了可变桨距微型涡桨发动机试验平台,并在该试验平台上开展了控制器设计、建模与控制规律研究。论文基于德国SPT10微型涡桨发动机搭建了带可变桨距机构的试验平台,设计的变桨距机构实现了桨距角的自由调节。在分析原装控制器的基础上自主研制了电子控制器,并开展了台架试车,成功实现了微型涡桨发动机的可靠起动,并进一步在慢车以上状态实现了基本的燃油和桨距角双变量控制,其中,燃油采用开环供给,用来控制发动机功率水平,桨距角作为闭环控制量控制螺旋桨转速保持恒定,台架试验结果表明,该控制系统在燃油输入改变时可以保持螺旋桨转速恒定,误差不超过1.37%,控制精度高。为了降低在变桨距微型涡桨发动机试验平台上直接开展先进控制规律的研究风险,本文设计了硬件在环仿真系统,并阐述了关键部件接口模拟器的软硬件设计方法。为了提高硬件在环仿真系统的仿真置信度,本文提出了改进的动态系数法并建立了基于开环台架试车数据的变桨距微型涡桨发动机数学模型。在核心机转速模型的基础上,提出将发动机输出功率设计成螺旋桨转速与核心机转速为自变量的函数,然后通过转子动力学方法迭代求解获取螺旋桨转速模型的方法。结果表明,所建模型与试车数据的误差不超过8%,并且具有良好的实时性。本文提出了一种涡桨发动机变转速控制的设计思路。首先分析涡桨发动机稳态特性图中各个工作点耗油率、功率和发动机转速之间的关系,在稳态特性图中规划出工作线作为发动机推力管理系统(ETMS)的设计依据。然后采用参考模型滑模多变量控制算法设计控制律来控制发动机转速跟随ETMS给出的转速指令。论文还研究了最小耗油率工作线的寻优,并与ETMS设计方法和参考模型滑模多变量控制算法结合设计了变转速控制系统,将其应用到微型涡桨发动机模型上,试验结果表明该方法与通常采用的恒转速控制系统相比,可以使平均耗油率下降2.37%,同时该方法可以使飞行员只需通过一个手杆来操纵涡桨飞机,可以大大减轻飞行员的操作负担。

关键词：涡桨发动机微型燃气涡轮发动机变桨距螺旋桨滑模控制功率规划台架试车单操纵杆控制

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