民航大涵道比涡扇发动机三大特性分析

准确的稳态模型是进行航空发动机三大特性研究的基础,采用部件特性建模方法,建立了民航大涵道比涡扇发动机的稳态模型。研究发现,保持飞行高度,马赫数不变时,增加发动机转速时,推力一直增加,但到了高转速阶段,推力的增加速度变缓。在低转速到中转速的区间内, 燃油消耗率(SFC)随转速增加而降低;在中转速到高转速区间内, SFC随转速增加而增加。保持飞行高度,发动机转速不变时,增加马赫数时,发动机的总推力呈下降趋势,燃油消耗率随飞行速度增加而急剧增加。保持飞行马赫数,发动机转速不变时,推力随着高度的增加而降低。在0-11Km时,随着高度增加SFC一直下降,高度超过11Km后,SFC也保持不变,但这是不考虑雷诺数修正的情况下得到的;低雷诺数效应会导致11Km以后发动机的SFC会有所上升。     

民航大涵道比涡扇发动机总体性能参数敏感性分析

基于Gasturb总体性能分析软件对民航大涵道比涡扇发动机高空巡航阶段的3个监控性能参数受5个气路部件效率影响的敏感性进行分析;研究发现高空巡航阶段高压压气机、高压涡轮的效率降低对排气温度影响较大,风扇、增压级和低压涡轮的效率降低影响稍小;五大气路部件的效率降低会带来排气温度、燃油流量的上升,而对高压转子转速则有正和负的效应,其中低压轴上的3个部件的效率降低会增加高压转子转速;而高压轴上的两个部件的效率降低会导致高压转子转速的下降,这与发动机以风扇转速作为被控参数的控制规律有关。     

主元分析在航空发动机关键系统状态识别中的应用

航空发动机是飞机的心脏,因此,对其状态识别进行研究,一直是业界研究并试图解决的热点问题之一。本文以某型真实发动机气路系统为具体研究对象,通过在专业试验平台对其各种运行状态进行试验,采集其大量试验数据,在对其深入分析的基础上,提出采用高压转子相对物理转速、发动机进口温度、发动机进口压力、压气机出口压力、25截面压气机进口温度、低压转子相对物理转速、低压涡轮后温度、低压涡轮后压力等8个主要参数进行状态识别的方法,首先对其进行标准化处理,再对其进行主元分析,采用主元贡献率法计算出主元个数,并据此构建状态识别模型,确定 统计量和SPE统计量。并以确定的 统计量和SPE统计量作为航空发动机气路系统状态健康与异常识别的标志,对航空发动机气路系统健康与否进行识别研究,研究结果表明,该方法可以很好识别出航空发动机气路系统的运行状态,对航空发动机实际运行及所处状态的识别具有重要的使用价值与工程指导意义。     

微型涡轮发动机电动供油流量控制系统设计

针对微型涡喷发动机的燃油控制要求,选用汽车用电动油泵进行适应性改进作为供油执行装置,详细分析了电动油泵的特性及泵转速无法测量情况下流量控制的技术难点,并以83C552单片机为核心,采用电压负反馈加电流补偿代替转速负反馈、电机通过PWM驱动的方法设计电动油泵流量闭环控制系统。在完成系统建模、PID控制器设计与仿真的基础上进行控制性能试验,试验结果表明所设计的流量控制系统可满足微型涡轮发动机的供油控制要求。     

基于模糊神经网络的涡喷发动机控制系统设计

针对微型涡喷发动机ECU控制系统具有时变性和非线性的特点,为改善微型涡喷发动机控制系统的控制性能,将模糊神经网络PID控制方法应用于ECU的转速与推力控制系统中;首先,利用某微型涡喷发动机的试车数据通过系统辨识方法得到其数学模型,其次针对模糊PID无法在线调参的弊端,引入模糊神经网络控制方法对微型涡喷发动机ECU系统进行控制;为模拟发动机在工作过程中遇到的干扰问题,在仿真过程中加入了干扰信号,通过与传统PID、模糊PID的仿真结果对比验证得出,模糊神经网络PID在涡喷发动机转速控制系统中响应速度更快约为1 s,超调量更小约为0,在有干扰的情况下恢复稳定状态的时间更短,约为0.5 s。     

基于MATLAB的增压器涡壳流道截面设计

涡轮增压器是利用发动机排出的高温废气,驱动涡轮机中的涡轮旋转,涡轮轴带动压气机中的叶轮高速旋转,以离心的方式压缩空气,提高发动机的进气密度到2-3个大气压.因此,发动机喷油器可以喷更多的燃油,达到提高发动机升功率的目的 .增压器涡壳流道截面形状直接影响增压器涡端的流量、膨胀比和效率,是整个增压器系统的设计要点.文章根据...     

某型涡扇发动机分段线性化模型的建立

基于某型涡轮风扇发动机非线性动态模型,建立并实现了该发动机的分段线性化模型.介绍了拟合法建立涡轮风扇发动机线性状态空间模型的建模方法,并以发动机高压转子转速为参考参数选取发动机的稳态工作点,分别求取了这些工作点处的线性状态空间模型.以这些线性状态空间模型为基础,在Simulink仿真平台下,采用S-function模块建立了分段线性化发动机模型,并实时地对模型进行求解,得到所需要的高低压转子转速、涡轮落压比以及燃烧室温度等发动机参数.分段线性化模型与非线性模型的仿真结果比较表明此种建模方法输出精度高,能够很好的反映该型发动机的特性.     

基于NARX神经网络航空发动机参数动态辨识模型

针对航空发动机参数非线性动态特性,提出一种基于外部输入非线性自回归（NARX）神经网络的发动机参数动态辨识模型。主要思路是根据NARX网络的非线性时序预测特性,结合发动机参数的稳态和动态参数,提出一种基于偏稳态差值预测的NARX参数动态模型结构。设计了SP-P辨识结构,整定了模型内部结构参数并建立N1（低压转子转速）、N2（高压转子转速）、EGT（涡轮后排气温度）参数非线性差分预测模型。最后依据某发动机试车样本,对推杆加减速时N1、N2、EGT动态辨模型进行仿真。仿真结果表明,N2相对误差小于0.2%,N1相对误差小于0.3%,EGT相对误差小于[1℃],满足发动机试车仿真需要。最后,将所建模型应用于某A320机务维修训练器的发动机仿真系统。     

跨声压气机转子进口总压畸变的数值仿真

研究燃气涡发动机问题,进气畸变会严重影响压气机的稳定性,针对目前对进气畸变问题研究的不足,为提高工作稳定性,利用全三维定常数值仿真方法研究了一跨声压气机转子在不同类型的稳态总压畸变入口条件下的特性,并对比分析了三种典型转速工况下稳态周向总压进气畸变对压气机转子的影响并进行仿真.仿真结果表明,在设计转速,相同进气畸变强度下,径向叶尖畸变时转子的性能和稳定性的降低最大,而径向轮毂畸变时转子的稳定裕度有所提高,证明系统的性能得到改善.     

高精度发动机转速信号的测量与模拟技术研究

飞机发动机工作性能如何主要反映于发动机高、低压转子转速、燃油流量和排气温度、滑油压力等技术参数。介绍了如何实现高分辨率、高精度的发动机转速N1、N2信号测量、模拟技术工作原理以及主要性能指标、硬件设计、软件方案等。     

航空发动机外推部件特性的检验方法分析

在发动机起动模型过程中需通过外推方法获取发动机的低转速部件特性,目前尚无对外推得到部件特性的评价方法和使用过程中的修正方法.针对此问题,在分析压气机、涡轮等部件特性的一般性规律的基础上,将低转速部件特性描述为线性或者近似线性的关系,建立了航空发动机低转速部件特性的评价和修正指导方法,将该方法分别应用于某一已知压气机特性的验证和某型发动机的起动建模的过程中低转速部件特性的修正,仿真结果表明,发动机核心机转速的精度在2％以内.压气机出口总压和涡轮进口温度的动态精度分别为3％和2％.使用该方法不仅可以对外推的部件特性合理性进行判断和评估,还可以指导发动机低转速部件特性的修正,避免部件特性外推和修正过程的盲目性.     

Fabrication and Testing of a High-Speed Microscale Turbocharger

A microelectromechanical system (MEMS) turbocharger has been designed, fabricated, and tested as part of a Massachusetts Institute of Technology program aimed at producing a microfabricated gas turbine engine for portable power applications. A gas turbine engine requires high-speed high-efficiency turbomachinery operating at tip speeds of several hundred meters per second. This MEMS turbocharger serves to demonstrate these requirements. The turbocharger's silicon rotor, which is supported on hydrostatic gas thrust and journal bearings in a silicon stator housing, was spun to 480 000 rpm, corresponding to a tip speed of 200 m/s. This paper discusses critical fabrication processes that enabled the capabilities of this device. Operational issues and test results are also presented. The turbocharger's compressor demonstrated a pressure ratio of 1.21 at a mass flow rate of 0.13 g/s, with a combined compressor-turbine spool efficiency of 0.24. Under these conditions, the turbine produced about 5 W of power. Results from the simultaneous operation of a spinning rotor and burning combustor within the microscale turbocharger are also presented. Experimental results compare well with analytical models and computations.     

速度和推力控制律设计

主要介绍了自动油门的工作模式和控制律算法设计。自动油门两种工作模式为:指示空速/马赫数保持和推力控制。其工作模式由自动飞行控制系统的纵向接通模态直接决定。在推力控制模态算法中,发动机目标压力比和现时压力比的差值为主控信号;在速度保持模态算法中,速度差是主控信号。经过调参转换为油门杆指令速率,驱动油门执行机构,伺服电机跟踪转速指令并转换为油门偏转角度,输出给发动机产生相应的推力。以某型飞机为控制对象,进行了数学仿真,仿真结果表明该控制律是可行的并具有良好的应用前景。     

Performance optimization of gas turbine engine

Performance optimization of a gas turbine engine can be expressed in terms of minimizing fuel consumption while maintaining nominal thrust output, maximizing thrust for the same fuel consumption and minimizing turbine blade temperature. Additional control layers are used to improve engine performance. This paper presents an evolutionary approach called the StudGA as the optimization framework to design for optimal performance in terms of the three criteria above. This approach converges fast and can potentially save on computing cost. Model-based experimental results are used to illustrate this approach.     

基于GA-SQP的航空发动机加速寻优控制

提出一种基于GA-SQP混合算法的加速优化控制方法。基于某型涡扇发动机模型,建立推力最大加速过程目标函数,以发动机稳定性和安全性指标作为边界条件,利用GA-SQP混合算法对发动机加速过程进行寻优求解,选取工作包线内若干个状态点进行最大推力加速过程仿真。仿真结果表明,所提出的加速燃油控制规律可以在兼顾涡轮前温度安全性和稳定性的前提下,实现发动机推力最大加速过程时间最短的目标,且控制效果良好,说明该控制算法是可行和有效的。     

静叶装配误差对发动机性能影响仿真研究

针对某型轴流压气机装配时高压第11级静子叶片的缘板与机匣之间有时出现的凸出或凹下的装配误差对发动机推力和耗油率产生的影响,应用NUMECA软件对其进行了三维数值模拟.利用发动机性能计算程序计算分析了由此引起的误差对整个压气机和发动机性能的影响,寻求出静子叶片最佳的装配方式.结果表明:静叶凸出和凹下机匣内流道对高压压气机压比影响较小,但均使效率降低,凸出时对发动机推力和耗油率的影响大于凹下时的影响.建议在工厂装配某型时为降低耗油率尽量减小装配误差,尤其应避免凸出的装配方式.     

电子设备吊舱环境控制系统的研究

对目前各种电子设备吊舱所应用的环境控制系统进行了简要介绍,并分别分析了其优缺点.通过比较指出:动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统是适用于电子设备吊舱冷却的有效方案之一,该系统原理简单,系统重量小,易于实现,但必须解决低空低速飞行时的制冷量不足等一系列问题.在此基础上提出了系统优化方法:通过建立系统及各附件的数学模型,以性能代偿损失最小为优化目标函数,确定各部件在设计状态下应满足的指标,来解决系统匹配问题;通过优化气动外形及数值模拟对进气道流道型面进行优化设计,以尽可能扩大系统进压力;通过气动设计、三维流场建模及实验方法优化设计涡轮及压气机,研究各附件在非设计状态下的性能,以增大系统的制冷能力.