面向飞推一体化的飞行器建模方法

吸气式高超声速飞行器(airbreathing hypersonic vehicle,ABHV)有动力段飞行具有强耦合多约束特性,对飞行轨迹、制导、姿态控制等方面提出了重大的技术挑战,而解决这一系列问题的关键和基础首先在于ABHV的动力学建模和相关特性的研究。目前已有的机体/发动机一体化模型为概念模型,无法直接控制,且与ABHV的数值模型无法联合使用。为进一步发挥ABHV的优势,拓展飞行可行域,从总体层面提高飞行器的效率和鲁棒性,本文立足于超燃冲压发动机的工作机理和数值模型,研究发动机的性能和保护模型,建立面向飞推一体化的强耦合多约束飞行器模型。

基于飞/推一体化模型的TOC研究

为了研究大型民航机在失去部分或全部液压系统时,能否仅依靠推力变化来控制飞机姿态,使其安全降落,将发动机部件级模型和波音747-100运动模型结合,介绍了民航机飞/推一体化性能模型建模方法,并在此基础上研究了仅靠推力变化控制飞机姿态的效果。论证了TOC控制的可行性,测试了TOC在飞/推一体化模型上的控制效果。结果证明,TOC能在飞机控制面失效时作为主要控制手段较为有效地控制飞机姿态,满足飞机在紧急情况下的控制要求。

短距起飞/垂直降落飞机外流场特性研究

为探索和研究短距起飞/垂直降落(STOVL)飞机,在垂直降落状态时的外流场特性和热燃气再吸入等飞推一体化关键问题,对STOVL飞机F-35B进行了飞机机身重构和网格划分,利用Fluent软件完成了F-35B外流场的三维数值模拟。研究了垂直降落状态下飞机不同离地高度和不同喷管面积下的热燃气再吸入问题。同时,给出了进气道入口截面、地面和机身的温度分布,直观说明了其升力系统方案的外流场技术特点。结果表明:为防止热燃气再吸入,应合理选择升力风扇喷口与主发动机喷口的面积相对值,并结合实际所需升力比,尽量减小两个喷口的面积比。

星光导航成像的气动光学效应影响研究

给出了针对吸气式高超声速飞行器(ABHV)的飞推一体化参考轨迹,分析了其对星光导航成像影响。基于吸气式高超声速飞行器强耦合特性,结合星光成像导航技术特点,以飞推耦合度最小为优化指标,考虑ABHV的攻角、燃油当量比、攻角变化率和隔离段激波串位置等多约束特性,采用一种多约束最优化方法,得到了适合星光导航应用的参考轨迹,并分析了该轨迹下星光成像性能退化情况,进一步挖掘了发动机稳定工作和飞行器高精度打击等具有核心竞争力的总体性能指标的潜力。以某型ABHV为例,在精确的仿真模型基础上,进行了仿真分析,仿真结果表明,该方法有效、可靠。

涡轮基变循环组合动力控制技术发展分析

基于现有文献梳理分析涡轮基变循环组合发动机控制技术的发展现状。介绍了涡轮基变循环组合发动机的发展历史和结构特点,提炼出其控制系统设计的关键技术;分别围绕飞/推一体化综合建模技术、模态切换控制技术以及飞/推一体化协同控制技术三个关键技术问题进行文献分析;基于国内空天动力需求及研究现状,提出对涡轮基变循环组合发动机控制技术的未来发展思考。

一种吸气式高超声速飞行器故障重构控制策略研究

给出了一种吸气式高超声速飞行器故障重构控制策略,采用复合飞推一体化制导和控制方法,进一步挖掘了发动机低油耗工作和发动机稳定工作能力。在此基础上实现了发动机供油支板故障重构策略,提高了武器生存概率,保证了工程实际应用的能力。以某型吸气式高超声速飞行器为例,在精确的仿真模型基础上,进行了多组仿真分析,结果表明,该方法有效、可靠。

超燃冲压发动机控制技术研究

双模超燃冲压发动机虽然可以在较宽的飞行速度范围都具有较高的性能,但却会遇到超燃、发动机温度过高、高速气流等热物理问题。由于进气道-燃烧室相互影响造成的突变和迟滞特性,使其控制系统研制具有复杂性和特殊性。对国外在双模超燃冲压发动机控制方面发展情况做了介绍,总结了目前在该领域存在的问题,并且分析了其在飞/推一体化控制、进气道控制、调节/保护及模态转换控制等方面存在的关键问题。