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Auto-updating model-based control for thrust variation mitigation and acceleration performance enhancement of gas turbine aero-engines
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作者 Zhiyuan Wei Shuguang Zhang 《Propulsion and Power Research》 SCIE 2024年第3期394-415,共22页
Model-based control shows promising potential for engine performance improve-ment and future aero-propulsion requirements.In this paper,an auto-updating thrust variation mitigation(AuTVM)control approach using on-boar... Model-based control shows promising potential for engine performance improve-ment and future aero-propulsion requirements.In this paper,an auto-updating thrust variation mitigation(AuTVM)control approach using on-board model strategies is proposed for gas tur-bine aero-engines under in-service degradation effects,which aims at active thrust regulation and acceleration protection in a simultaneous way.The AuTVM control is integrated with an on-line block,based on a reliable on-board engine model,and an off-line part for the periodical update of control parameters via post-flight engine monitoring data.The core feature of the AuTVM control is a set of auto-updating loops within the on-line part,including thrust regu-lation loop,surge margin loop,turbine entry temperature loop,and the steady loop,whose con-trol parameters are periodically adjusted with increasingflight cycles.Meanwhile,an industrial sensor-based baseline controller and two tailored model-based controllers,i.e.,a thrust variation mitigation(TVM)controller withfixed gains and a self-enhancing active transient protection(SeATP)controller with pro-active transient protection and passive thrust control,are also developed as comparison bases.Numerical simulations for idle to full-power acceleration tests are carried on a validated aero-thermal turbofan engine model using publicly available degra-dation data.Simulation results demonstrate that both new engines and severely degraded en-gines regulated by the AuTVM controller show significant thrust response enhancement,compared to the baseline controller.Moreover,thrust variation at the maximum steady state of degraded engines,which exists within the SeATP controller and the baseline controller,is suppressed by the proposed AuTVM controller.Robustness analysis against degradation uncer-tainties and sensor accuracy confirms that the AuTVM controller owns a closer maximum steady-state thrust distribution to the desired value than those of the SeATP and the baseline controller while utilizing transient margins of controlled engines more effectively.Hence,the control performance of the AuTVM controller for in-service engines is guaranteed. 展开更多
关键词 Gas turbine aero-engines Auto-updating thrust variation mitigation Active transient protection model-based control Engine performance improvement Degradation effects
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APPLICATION OF HYBRID AERO-ENGINE MODEL FOR INTEGRATED FLIGHT/PROPULSION OPTIMAL CONTROL 被引量:4
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作者 王健康 张海波 +1 位作者 孙健国 李永进 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2012年第1期16-24,共9页
The real-time capability of integrated flight/propulsion optimal control (IFPOC) is studied. An appli- cation is proposed for IFPOC by combining the onboard hybrid aero-engine model with sequential quadratic pro- gr... The real-time capability of integrated flight/propulsion optimal control (IFPOC) is studied. An appli- cation is proposed for IFPOC by combining the onboard hybrid aero-engine model with sequential quadratic pro- gramming (SQP). Firstly, a steady-state hybrid aero-engine model is designed in the whole flight envelope with a dramatic enhancement of real-time capability. Secondly, the aero-engine performance seeking control including the maximum thrust mode and the minimum fuel-consumption mode is performed by SQP. Finally, digital simu- lations for cruise and accelerating flight are carried out. Results show that the proposed method improves real- time capability considerably with satisfactory effectiveness of optimization. 展开更多
关键词 integrated flight/propulsion optimal control aero-engine hybrid model performance seeking con- trol sequential quadratic programming
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考虑推力意图的航空器连续爬升垂直剖面预测
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作者 杜卓铭 张军峰 +1 位作者 苗洪连 王斌 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1347-1353,共7页
航空器连续爬升剖面的准确预测可以提高冲突探测的可靠性和离场排序的精确性。基于推力设置信息,提出航空器推力意图的建模方法。利用航空器的全能量方程,考虑风速向量与温度信息,提出考虑推力意图的航空器连续爬升垂直剖面的预测方法... 航空器连续爬升剖面的准确预测可以提高冲突探测的可靠性和离场排序的精确性。基于推力设置信息,提出航空器推力意图的建模方法。利用航空器的全能量方程,考虑风速向量与温度信息,提出考虑推力意图的航空器连续爬升垂直剖面的预测方法。利用快速存取记录器(QAR)数据,进行多案例的对比分析,以QAR每一数据帧为采样点,重点对预测剖面的真空速、高度和燃油流量等进行误差分析。考察不同预测方法,对比到达爬升顶点(TOC)的时间和距离的误差。结果表明:采用所提预测方法可以将到达TOC时间平均绝对误差控制在1 min内;与不考虑推力意图的预测方法相比,可以降低到达TOC时间平均绝对误差约52%。 展开更多
关键词 空中交通管理 航迹预测 连续爬升 性能模型 推力意图
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基于离散优化的飞行试验点优化设计方法
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作者 刘思余 梁言 马明明 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期86-92,共7页
为了更好地规划飞行试验点以提高试验效率,本文进行了基于离散优化的飞行试验点优化设计。通过显著性检验量化不同自变量对推力模型的影响大小,并依次剔除影响较小的自变量,得到了航空发动机推力模型。首先采用D-最优准则评估试验点组... 为了更好地规划飞行试验点以提高试验效率,本文进行了基于离散优化的飞行试验点优化设计。通过显著性检验量化不同自变量对推力模型的影响大小,并依次剔除影响较小的自变量,得到了航空发动机推力模型。首先采用D-最优准则评估试验点组合集的优劣,然后利用自适应遗传算法进行试验点离散优化,并以试验点组合的方式取代遗传算法中的二进制编码过程,在试验限制条件下计算试验点最优组合集。以航空发动机性能试飞为案例进行应用,结果表明:试验点优化设计不仅与试验点的分布有关,也与试验点的数量有关。初始试验点最优组合集的试验点数量为12,得到的推力模型最大误差达到2.45%;最终试验点最优组合集的试验点数量为23,得到的推力模型最大误差不超过0.81%。通过研究表明,本文采用的试验点优化设计方法能够有效得到试验点最优组合集,提高模型精度,满足工程使用需求。 展开更多
关键词 飞行试验点优化设计 D-最优准则 离散优化 遗传算法 航空发动机推力模型
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微喷管流场及其推力性能数值模拟 被引量:4
5
作者 张先锋 刘明侯 +1 位作者 张根 陈义良 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期720-725,共6页
采用连续介质模型和分子运动模型系统地研究了二维微喷管内的流场及推力特性,重点考察了连续介质模型的适用性、微喷管工作条件和几何结构对流场结构和喷管性能的影响。研究结果表明,在努森数不大时,两种方法的结果基本符合。当努森数大... 采用连续介质模型和分子运动模型系统地研究了二维微喷管内的流场及推力特性,重点考察了连续介质模型的适用性、微喷管工作条件和几何结构对流场结构和喷管性能的影响。研究结果表明,在努森数不大时,两种方法的结果基本符合。当努森数大于0.045时,连续介质模型与分子运动模型模拟结果差异较大。微喷管的推力和喉部雷诺数与喷管的入口压力、喉部宽度近似成线性变化;微喷管收缩角、扩张角给定时,其扩张段的长度仅影响推进性能,对流场结构影响较小。在喉部尺寸和扩张比一定时,扩张角为22度的微喷管推进性能最佳。 展开更多
关键词 微喷管 连续介质模型 分子运动模型 DSMC方法 推力性能
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固体燃料冲压发动机性能预示 被引量:5
6
作者 谢爱元 武晓松 于栋梁 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期8-14,共7页
为研究弹用固体燃料冲压发动机的工作性能,建立了其性能预示模型.在此基础上对高炮用固体燃料冲压发动机的工作性能进行了预示、分析.结果表明:当飞行高度由0增大至10km时,发动机的燃速、推力均下降约50%;当飞行马赫数由2.5增大至3.0时... 为研究弹用固体燃料冲压发动机的工作性能,建立了其性能预示模型.在此基础上对高炮用固体燃料冲压发动机的工作性能进行了预示、分析.结果表明:当飞行高度由0增大至10km时,发动机的燃速、推力均下降约50%;当飞行马赫数由2.5增大至3.0时,燃速增大25%~35%,推力增大20%;随着燃料的不断消耗,发动机推力变化量小于10%;在设计状态下推力有一定的余量,能够保证发动机正常工作. 展开更多
关键词 固体燃料冲压发动机 性能预示 燃速 推力
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矢量喷管控制对发动机性能的影响 被引量:5
7
作者 屈裕安 谢寿生 宋志平 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期300-304,共5页
建立了带推力矢量的涡扇发动机数学模型。结合某型涡扇发动机研究了矢量喷管偏转对发动机工作和性能的影响,研究结果表明,矢量喷管偏转时,在一定条件下,发动机低压转子共同工作线向喘振边界移动,而高压转子共同工作线不发生变化,发动机... 建立了带推力矢量的涡扇发动机数学模型。结合某型涡扇发动机研究了矢量喷管偏转对发动机工作和性能的影响,研究结果表明,矢量喷管偏转时,在一定条件下,发动机低压转子共同工作线向喘振边界移动,而高压转子共同工作线不发生变化,发动机总推力是增大的。但当将矢量喷管偏转与喉部面积放大相结合,可使发动机保持原工作状态不变,而发动机总推力却随着几何矢量角的增大而减小。 展开更多
关键词 矢量喷管控制 发动机性能 数学模型 飞行器 涡轮风扇发动机
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脉冲爆震发动机性能计算与分析 被引量:1
8
作者 王惜慧 于达仁 《节能技术》 CAS 2005年第4期298-301,320,共5页
本文在ZND爆震波理论基础上,结合脉冲爆震发动机工作原理,介绍了单次爆震火箭式脉冲爆震发动机推力,比冲性能参数的计算方法。以性能分析模型为基础分析了物理参数、化学参数、结构参数等因素对发动机性能的影响,为火箭式脉冲爆震发动... 本文在ZND爆震波理论基础上,结合脉冲爆震发动机工作原理,介绍了单次爆震火箭式脉冲爆震发动机推力,比冲性能参数的计算方法。以性能分析模型为基础分析了物理参数、化学参数、结构参数等因素对发动机性能的影响,为火箭式脉冲爆震发动机优化设计提供参考。 展开更多
关键词 脉冲爆震发动机 性能分析模型 推力 比冲
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高负荷吸附式风扇气动性能数值模拟
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作者 周铮 王掩刚 《燃气涡轮试验与研究》 北大核心 2012年第4期16-19,62,共5页
采用NUMECA商用软件,模拟了叶片附面层吸气技术对高负荷风扇叶片三维流场的影响。重点研究了抽气模型的建立方法,深入分析了不同开孔位置、尺寸及不同抽吸量对风扇气动性能的影响。结果表明,在来流条件相同的情况下,转、静子选取适当的... 采用NUMECA商用软件,模拟了叶片附面层吸气技术对高负荷风扇叶片三维流场的影响。重点研究了抽气模型的建立方法,深入分析了不同开孔位置、尺寸及不同抽吸量对风扇气动性能的影响。结果表明,在来流条件相同的情况下,转、静子选取适当的开孔位置,抽吸流量为总流量的1.5%时,压比、效率最大可分别提高6.5%和1.6%。 展开更多
关键词 高负荷吸附式风扇 附面层吸气 抽气模型 开孔位置 高推重比 气动性能
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基于旋转爆震三维流场结构分析的计算模型对比研究 被引量:2
10
作者 刘朋欣 郭启龙 +3 位作者 赵炜 李辰 李沁 张涵信 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2757-2765,共9页
为了研究不同计算模型对三维旋转爆震数值模拟的影响,分别基于Euler方程、N-S方程、RANS方法和IDDES方法并结合滑移、无滑移壁面边界条件,耦合氢气/空气的有限化学反应速率模型(7组分8基元反应),采用高分辨率的五阶有限差分格式WENO-PPM... 为了研究不同计算模型对三维旋转爆震数值模拟的影响,分别基于Euler方程、N-S方程、RANS方法和IDDES方法并结合滑移、无滑移壁面边界条件,耦合氢气/空气的有限化学反应速率模型(7组分8基元反应),采用高分辨率的五阶有限差分格式WENO-PPM5离散对流项,对圆环筒型燃烧室内的三维旋转爆震波进行数值模拟,得到了不同模型下旋转爆震波的流场结构、传播特性和推力性能。对比了不同计算模型对流场结构的影响。当采用滑移壁面边界条件时,Euler方程和N-S方程的计算结果较为一致。当使用无滑移壁面边界条件时,边界层的存在会导致可燃混气与燃烧产物之间接触面上的爆燃燃烧区域沿壁面向上游渗透,增大爆燃区域的范围;且爆震波锋面非受限侧变窄、严重变形,不同计算方法计算的变形程度有所不同。 展开更多
关键词 燃烧室 旋转爆震 三维 计算模型 流场结构 传播特性 推力性能
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脉冲爆震火箭发动机和小推力液体火箭发动机的性能对比分析 被引量:1
11
作者 穆杨 范玮 +1 位作者 严宇 严传俊 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期697-701,共5页
为了了解脉冲爆震火箭发动机的性能优势,对比了脉冲爆震火箭发动机和小推力液体火箭发动机的推力和比冲,其中脉冲爆震火箭发动机的性能计算采用等容循环计算模型。结果表明:真空状态下,随燃烧室进口温度的升高,比冲增加不大;在推进剂和... 为了了解脉冲爆震火箭发动机的性能优势,对比了脉冲爆震火箭发动机和小推力液体火箭发动机的推力和比冲,其中脉冲爆震火箭发动机的性能计算采用等容循环计算模型。结果表明:真空状态下,随燃烧室进口温度的升高,比冲增加不大;在推进剂和发动机结构尺寸相同的情况下,脉冲爆震火箭发动机产生的推力比小推力液体火箭发动机的多3.0倍至6.8倍,但比冲相当。 展开更多
关键词 脉冲爆震火箭发动机 小推力液体火箭发动机 等容循环模型 性能
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基于优化智能网络的发动机推力指令模型 被引量:1
12
作者 潘阳 李秋红 +1 位作者 顾书文 李业波 《航空发动机》 2016年第2期51-56,共6页
针对航空发动机性能退化缓解控制中推力指令模型输入量有限问题,提出1种双智能网络串联的推力指令建模方法。其中子模型I采用BP网络映射与推力密切相关的气路参数,其输出作为子模型II的输入;子模型II采用优化极端学习机(ELM)算法,输出... 针对航空发动机性能退化缓解控制中推力指令模型输入量有限问题,提出1种双智能网络串联的推力指令建模方法。其中子模型I采用BP网络映射与推力密切相关的气路参数,其输出作为子模型II的输入;子模型II采用优化极端学习机(ELM)算法,输出为额定发动机推力,并以此推力为性能蜕化缓解控制指令。为了减小ELM网络规模,提高推力指令模型实时性,采用微分进化算法(DE)优化ELM初始网络参数。数字仿真验证表明:各飞行包线内推力指令模型预测值最大相对误差小于4‰,远优于单一神经网络最大8.17%和单一极端学习机最大14.5%的误差,模型推力指令计算时间仅需0.64ms,实时性好,验证了该推力指令模型的有效性。 展开更多
关键词 推力指令模型 性能退化缓解 极端学习机 微分进化算法 航空发动机
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动磁式直线振荡电机电磁系统理论与实验
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作者 呼少平 李伟东 吕掌权 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2023年第2期202-206,212,共6页
直线振荡电机是直线压缩机的关键部件,其性能直接影响压缩机效率,采用等效磁路法构建了E型外磁轭式-圆筒型动磁式直线振荡电机的电磁结构模型,推导了电机的磁链、磁共能以及电磁力的表达式,分析了结构参数对电机性能的影响。最后采用静... 直线振荡电机是直线压缩机的关键部件,其性能直接影响压缩机效率,采用等效磁路法构建了E型外磁轭式-圆筒型动磁式直线振荡电机的电磁结构模型,推导了电机的磁链、磁共能以及电磁力的表达式,分析了结构参数对电机性能的影响。最后采用静态比推力试验验证了等效磁路模型的最大误差为5.12%,为电机的结构设计和优化提供理论基础。 展开更多
关键词 直线振荡电机 等效磁路模型 比推力 电机性能
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对拍式四翼扑翼机气动性能仿真研究 被引量:1
14
作者 杨永刚 陆冠廷 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2019年第4期25-28,35,共5页
针对普通两翼扑翼机承载能力弱、升力不稳定的缺点,提出一种结合昆虫和鸟类飞行方式的简易对拍式四翼运动模型。使用Xflow对四翼扑翼机和两翼扑翼机运动模型进行数值仿真,对比两种扑翼机在不同来流速度下的气动系数。仿真结果表明:在低... 针对普通两翼扑翼机承载能力弱、升力不稳定的缺点,提出一种结合昆虫和鸟类飞行方式的简易对拍式四翼运动模型。使用Xflow对四翼扑翼机和两翼扑翼机运动模型进行数值仿真,对比两种扑翼机在不同来流速度下的气动系数。仿真结果表明:在低风速下,对拍式四翼扑翼机比两翼扑翼机的平均升力系数大,在飞行时能够得到更大的升力,且更加稳定;证明了在一定尺寸下对拍式四翼扑翼机具有更优越的气动性能和载重能力。 展开更多
关键词 扑翼机 扑翼运动模型 平均推力系数 气动性能
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