基于直升机/发动机综合模型的变旋翼转速控制研究

为了实现直升机旋翼转速在宽广范围内连续变化且涡轴发动机连续提供输出轴功率,采用1种扭矩序列转移控制方案来实现该传动链。通过2台涡轴发动机和2台多级变速器与旋翼协调工作,发动机依次连接或脱开旋翼,提供旋翼转速大范围内变化,并提供旋翼连续变化的功率。在扭矩转移过程中,针对发动机扭矩强扰动问题设计了鲁棒LMI控制器+ADRC扭矩前馈补偿控制器,最后基于直升机/发动机综合模型进行数值仿真,验证了扭矩转移方案的可行性。仿真结果表明:在转移过程中的扭矩强扰动对发动机动力涡轮转速的影响较小,旋翼转速可以实现较大范围内的快速平滑变化。

基于直升机综合扭振模型的发动机扭振抑制方法

为了抑制直升机机动飞行时涡轴发动机自由涡轮、燃油调节系统出现的耦合扭振不稳定性,充分考虑了由旋翼、桨毂、传动系统、发动机以及机身组成的扭矩动力传递链的动态响应过程,建立了具有一定置信度的直升机综合扭振模型;并根据扭矩动力传递链特点,设计了作用于发动机转速控制回路的附加相移小的陷波滤波器以抑制综合扭振模型中涡轴发动机扭振。数字仿真表明,所建立的直升机综合扭振模型,在时域中,不同高度、马赫数下均可见低频扭振和高频扭振,与频域计算得到的低阶扭振频率1.92Hz,高阶扭振频率52.52Hz相符。同时,设计的扭振滤波器滤波幅值约-20d B,相角变化在±50°范围内,通频带附加相移小,能较为显著地抑制自由涡轮、燃油调节系统耦合扭振。

涡轴发动机/直升机综合控制仿真平台设计

建立了UH-60直升机/T700涡轴发动机综合控制数字仿真平台。基于VC++环境开发了包含UH-60直升机/T700涡轴发动机综合实时模型的上位机程序,与运行机载涡轴发动机+旋翼实时模型及在线优化控制模式的下位机程序。两者基于TCP/IP协议实时通讯,可进行模拟实际直/发综合优化控制的数字仿真实验。在该数字仿真环境下,分别给出了提高直升机常规飞行性能的多种优化控制模式仿真、变旋翼转速优化控制以及快速功率跟随控制模式仿真,充分表明该平台可为新一代直/发综合系统的开发研制提供一个可靠的前期数字仿真验证。

直升机旋翼/发动机一体化仿真模型

建立铰接式、叶片为刚性的非线性旋翼模型和发动机的非线性气动热力学模型以及简化的供油系统和传动机构模型，并将各子系统模型组合成旋翼／发动机一体化模型。在此基础上研究了一体化系统模型对操纵量改变的动态响应以及供油系统改变对系统的影响。

基于需用功率预测的直升机/发动机综合控制方法

为了提高涡轴发动机在直升机飞行状态突变时的响应速度,提出一种基于需用功率预测的直升机/发动机综合控制方法。通过逐步回归分析法对直升机需用功率影响最大的5个变量进行选取,并以这5个变量为输入量,根据多元拟合方法建立直升机需用功率预测模型,基于所建立的预测模型,采用预测需用功率信号在发动机控制回路的燃气涡轮转速指令位置进行前馈线性补偿,设计了直升机/发动机综合控制方法。经过UH-60A综合仿真平台验证,结果表明:所提出的综合控制方法相比于传统串级PID控制方法,可以有效减少动力涡轮转速超调量或下垂量60%以上;相比加入总距前馈的控制方法,可以减小动力涡轮转速超调量或下垂量20%以上;可以有效加快发动机响应速度,缩短发动机响应时间1 s以上,极大提高了发动机的稳定性及鲁棒性。

一种变旋翼转速直升机/涡轴发动机非线性模型预测控制方法研究

为了实现变旋翼转速直升机/涡轴发动机快速响应控制,提出了一种基于神经网络的直升机旋翼预测模型与基于状态变量模型的涡轴发动机预测模型的新型非线性模型预测控制方法。所建目标函数除了包含转速控制指标外,还考虑了经两级变速双离合器传动机构传扭后发动机输出轴的转子动力学特性。不同飞行任务下的数值仿真结果表明:相对于PID控制器而言,非线性模型预测控制器可在满足压气机转速、发动机静强度等限制条件下使动力涡轮转速在变旋翼转速过程中的超调量减小50%,下垂量降至0.2%以内,实现了涡轴发动机的快速响应控制的同时,有利于改善发动机使用寿命。

一种直升机/发动机系统最经济旋翼转速综合优化方法

为实现直升机/涡轴发动机的最经济运行,开展了直升机/发动机系统最经济旋翼转速综合优化方法研究。首先,建立简化的直升机需求功率性能计算模型与涡轴发动机性能计算模型,共同构成直升机/发动机综合系统性能计算模型;其次,围绕通过可变动力涡轮转速实现变旋翼转速方式,分别以最小直升机需求功率优化与最低发动机燃油流量为优化目标,进行最经济旋翼转速离线优化,并对比分析两种优化模式对直升机/发动机系统综合性能的影响,揭示不同工况对最经济旋翼转速的影响规律。结果表明:变动力涡轮转速下,桨叶固有的失速与压缩特性,会限制进一步实现直升机最经济运行的能力。此外,采用变动力涡轮转速实现变旋翼转速,几乎不影响压气机与燃气涡轮的工作线,沿着相同的工作线运行可获得更经济的直升机/发动机综合性能。

发动机涡轮叶片铸件综合数据模型的无纸化设计方法

结合我国航空发动机精铸叶片模具设计的现状 ,研究开发基于 EDS Unigraphics 1 4.0(UGII)的航空发动机精铸模具无纸化系统的核心——叶片铸件实体综合数据模型 ,本方法在某型航空发动机涡轮叶片的模具生产中已得到实际应用 ,并取得了良好的效果。

直升机模拟器发动机实时仿真模型建模及应用

本文描述了针对直升机模拟器的发动机实时仿真模型建模方法,涵盖发动机性能仿真模块、发动机控制系统仿真模块以及燃油滑油仿真模块等,并适用于单发及多发直升机模拟器。该模型可应用在直升机飞行模拟器中,具有较好的实时性和逼真度,能够满足发动机的模拟训练需求。

航空发动机性能综合评判模型

利用模糊数学的模糊聚类原理,选取适当的影响因子,建立了航空发动机性能综合评判模型,对所录取的航空发动机在多个试验工况下的试验数据进行了聚类分析。结果表明:计算结果与实际结果吻合,为航空发动机性能综合评判提供了重要依据。

双变量协同的无人直升机发动机恒转速滑模控制

针对无人直升机发动机恒转速控制问题,提出了一种油门/点火提前角双变量协同调节的恒转速滑模控制策略.发动机输出扭矩控制是恒转速控制问题关键的一环,而油门开度和点火提前角作为调节发动机输出扭矩的两个变量具有不同的特点.油门调节虽然调节范围宽,但是响应较慢,易受时滞效应的影响而产生超调现象;点火提前角响应较快,但是调节范围有限.将二者的优点结合起来实现协同控制,可以进一步加强恒转速控制效果.为实现此目的,对发动机进行了数学建模,并基于该模型和滑模控制设计了协同控制策略.该策略包括点火提前角优先调节的主逻辑和点火提前角回归逻辑.最终通过仿真和试验验证了控制策略的效果.仿真结果显示:负载突变时,双变量协同滑模控制器相较于传统PID控制器,转速误差减小61%;同样基于滑模控制,双变量协同控制相较于双变量分离控制,转速误差减小21.4%;存在负载扭矩干扰或进气压力波动时,双变量协同滑模控制的转速稳定性也优于其他两种控制方式;整机系留试验中,双变量协同滑模控制的转速波动范围比双变量分离滑模控制小24%,比传统PID控制小62%.经过多次系留试验观测,使用双变量协同滑模控制,可使转速波动范围在±70 r/min以内,控制误差在2%以内,能够满足无人直升机飞行稳定性的要求.

某涡扇发动机综合电子调节器动态模型试验研究

通过对综合电子调节器半实物仿真系统的测试,得到了控制器各通道的静态、动态特性数据。采用反向工程试验法,应用控制理论分析辨识,得到了其动态特性的数学模型。特性分析的结果与理论研究相一致,该研究对发动机外场维护及控制器的设计改进有指导意义。

直升机海上应急救援能力评估研究

将直升机海上应急救援过程中“事前预防—事中响应—事后恢复”3个阶段的安全问题考虑到应急救援体系中,可有效评估直升机海上应急救援能力,提高其应急救援效率。基于“5W1H”分析法设计研究框架,通过文献分析、问卷调查、专家咨询等方法对直升机海上应急救援能力评估指标进行筛选,确定出21项评价指标并构建直升机海上应急救援能力评估指标体系;利用基于D-S证据理论的层次分析法确定指标权重,运用模糊综合评估法构建直升机海上应急救援能力综合评估模型;将该评估模型应用到以海上风机维护人员受伤为例的救援演练中,得分为86.89,判定救援能力为“较强”。结果表明:该评价指标体系和评估模型有一定的实用性,能够有效评估直升机海上应急救援的能力。

无人直升机发动机转速控制系统的嵌入式设计

为提高无人直升机的飞行性能,针对其飞行环境复杂、飞行状态变化快等特点,建立发动机的数学模型,采用总矩前馈与转速反馈的串级控制结构,设计实现一个基于嵌入式单片机MC9S08的恒定转速控制系统。实验结果证明,该系统的转速控制精度高,系统响应速度快,安全性及控制效果良好。

发动机燃烧室性能综合评估的模糊数学模型

在综合发动机燃烧室各性能指标的基础上,采用模糊数学评价法进行讨论和分析,以排除人为的主观任意性,可取得满意的结果。

直升机飞行/推进系统综合模型的建立

利用递阶、分散的控制思想， 将直升机对象划分为三个具有独立功能、便于建模的子系统， 即直升机、旋翼、发动机子系统， 再在各子系统模型基础上根据各子系统间的耦合关系，建立了整个系统的模型。其中四片铰接式旋翼模型起着纽带作用， 只有充分考虑机体／旋翼及发动机／旋翼间耦合关系才能建立直升机飞行／推进综合模型， 仿真结果证明了建模方法的有效性， 为直升机飞行／推进综合控制系统的建立奠定了基础。

弹用涡喷发动机鲁棒性能μ综合控制

针对某型弹用涡喷发动机,分析了具有乘性输入不确定性的被控对象中嵌入加权函数的μ鲁棒性能问题,由具有N Δ结构的μ综合框架,给出了控制系统获得鲁棒性能的D K迭代法,设计了弹用涡喷发动机鲁棒μ控制器。仿真结果表明设计的控制器在全飞行包线内不同的弹道上取得了鲁棒性能。

基于免疫粒子群优化的不等时间间隔发动机性能综合指数组合预测

首先利用奇异值分解滤波算法,对测量参数进行滤波处理,进而合成发动机性能综合指数。针对性能综合指数为不等时间间隔的情况,在改进灰色预测模型中引入新陈代谢思想,提出一种基于免疫粒子群优化权值的改进灰色模型与支持向量机相结合的性能指数预测方法。仿真实例表明:组合模型的预测精度明显高于改进灰色预测模型,略高于支持向量机模型;且对于大多数样本点,组合模型的预测结果变化更加平稳。

直升机发动机控制系统的研究

本文主要对直升机的发动机控制系统进行介绍,其中还包括直升机发动机控制系统的基本要求、工作特点和直升机发动机液压机械式控制系统,监控式电子控制系统等.所描述的主要技术要求为直升机发动机全权限数字式电子控制系统功能等.这不仅可实现对飞行安全的保障,同时可在促使我国航空航天事业发展的同时对我国综合国力进行提升.

一种用于直升机发动机数控系统控制软件状态变更的管理办法

发动机是直升机的“心脏”,而数控系统则是发动机“灵魂”,这个“灵魂”的任何风吹草动直接影响发动机的性能,从而影响直升机的安全性和可靠性,为此需要制定一套直升机发动机数控系统控制软件状态变更的管理办法。本文从数控系统软件变更、软件内部验证、第三方测试、系统综合验证、发动机台架验证及装直升机验证等流程,提出直升机发动机数控系统控制软件变更的一般管理办法。