摘要：加速控制计划直接影响了发动机的响应速度以及运行安全。为了提高发动机响应能力,提出了一种基于等温度线的发动机全包线加速控制计划。分别针对稳态和动态过程开展相似换算误差分析,证明并验证了关键参数在等风扇进口温度时,具有较高相似换算精度的规律。基于此换算误差理论,提出全包线加速控制计划改进方法,该方法在不同等风扇进口温度下设计多条加速控制计划,再通过线性插值得到包线内不同等温线下的加速控制计划。结果表明,改进后的加速控制计划相比于传统单点优化得到的加速控制计划,发动机加速至最大转速的98%所需的时间缩短了7.2%,最大转速提升了1%,且风扇、压气机喘振裕度和涡轮前温度等均未超出限制值。因此,该方法相比于传统单点优化方法,既提升了在包线内获取的加速控制计划的精度,又确保了发动机在包线内安全稳定工作的前提下更好地发挥加速性能。

摘要：为了探究跨声速状态下轴对称中心体可调进气道的流动特性,设计了一个轴对称变几何进气道,研究了其在Ma0=1.1时不同中心体调节位置下的流场特征和气动性能,获得了其口部和泄流腔内流动特性、节流特性以及气动性能。结果表明:四个不同中心体位置的进气道在Ma0=1.1状态下呈现出3种不同的口部波系结构,分别为:全亚声速流动、“λ”波系和单道脱体弓形波。当中心体位置靠后时,进气道为混压式,入口处为全亚声速流动,肩部泄流腔始终处于正常泄流状态;当中心体位置靠前时,进气道为外压式,入口会呈现“λ”波系与单道脱体弓形波两种情况,泄流腔在低反压下为倒吸状态,而在高反压下转变为泄流状态。进气道处于外压式时在中心体一侧会产生大尺度的分离,抗反压能力相比处于混压式时略差。随着中心体前移距离的增大,进气道的流量系数和总压恢复系数都呈现不同程度的下降,其中总压恢复系数下降了14.8%,流量系数下降了7.5%。因此,对于本文研究的进气道而言,跨声速状态下其工作在混压式状态时具有较好的工作性能,其对应的较佳内收缩比为1.05。

摘要：传统集中式架构和离线设计控制器的方法已经很难满足航空发动机复杂多变、全生命周期控制需求。本文提出了一种部分分布式架构的涡喷发动机模型预测控制方法,并进行了鲁棒性分析:采用改进的组合线性模型求解方法,在保证精度的前提下大幅缩短求解时间,解决了发动机多变量线性状态空间模型求解问题;设计了基于线性模型预测控制的涡喷发动机控制器,解决了含有约束条件下发动机动态性能优化问题;考虑到分布式控制系统具有总线网络通信特性,建立了以网络工具箱模拟总线网络的分布式控制系统仿真平台,解决了存在总线网络丢包情况下的分布式控制系统鲁棒性分析问题;采用多节点模块化设计方法,设计并搭建了分布式控制系统硬件在环仿真平台并采用嵌入式矩阵运算优化方法,解决了模型预测控制算法在嵌入式平台上的应用问题。试验表明:模型预测控制的效果优于传统PID控制效果,有效地提高了发动机的动态响应;同时,在存在网络丢包情况下,本文所设计的基于模型预测控制的分布式控制系统依然具有稳定的控制效果和鲁棒性。

摘要：针对大涵道比涡扇发动机全包线分段线性设计控制器的过程复杂、自适应能力差等问题,本文提出了一种发动机无模型自适应性能优化控制方法。基于无模型自适应控制(Model Free Adaptive Control,MFAC)算法设计了一种推力控制器以实现发动机全包线范围内任意工作点的自适应控制,解决了传统逐段全程设计控制器的繁琐过程;为了获得实现最优性能的控制器参数,本文通过控制变量法对控制器调节参数进行了敏感性分析,获得了敏感性参数和变化规律;然后,设计了基于收缩粒子群优化算法(Constriction Particle Swarm Optimization,CPSO)的敏感性参数寻优方法,实现了控制器参数的自整定。仿真结果表明:相比当前抗积分饱和PI控制,所述控制方法从慢车到最大状态的动态调节时间缩短了4.2%,提高了动态加速性能,且无超调,无稳态误差。同时,克服了发动机未知非线性动态变化,实现了全包线全状态下任意工作点的性能优化控制,并始终保持良好的控制效果和鲁棒性,具有较好的工程应用前景。

摘要：针对目前单边膨胀喷管(Single expansion ramp nozzle:SERN)设计方法的缺陷,提出了通过指定壁面压力分布规律来反设计喷管型线的方法,获得了膨胀面型线反设计程序。根据给定的最优壁面压力分布反设计了喷管型线,将该喷管与最大推力喷管进行了性能对比研究,并对该喷管进行缩比冷流试验,试验和数值模拟结果吻合很好。结果表明:在设计点,相比于最大推力喷管,该喷管的轴向推力系数比最大推力喷管只降低0.07%,而升力和俯仰力矩分别提升了23.08%和2.82%,验证了设计思想的正确性,为SERN的设计提供了一种高效而新的设计方法。

摘要：超燃冲压发动机尾喷管与燃烧室直接相连,由于没有几何喉道和收缩段的整流作用,实际工作过程中尾喷管的进口气流是非均匀的,因而有必要研究非均匀进口条件下的尾喷管设计方法.以超燃冲压发动机尾喷管非均匀进口马赫数分布为条件,采用有旋特征线设计了超燃冲压发动机非对称尾喷管的等熵膨胀型线.利用数值模拟和试验相结合的方法研究了冷流条件下喷管的气动性能.结果表明,在相同的进口条件下,相对于假定进口马赫数均匀分布设计得到的喷管,考虑进口马赫数非均匀分布设计的喷管推力增加0.6％～2.0％,负升力降低可达82.0％,俯仰力矩增加8.6％～13.0％,这说明在喷管的设计过程中考虑进口参数分布的非均匀性是有必要的.

摘要：利用基于乘波理论的Bum p进气道设计软件,据锥型流精确流线法设计了一腹部进气布局的Bum p进气道。用CFD模拟手段,从对称面马赫数分布、凸包上的极限流线及横截面上压强系数分布等方面分析了进气道进口段流场特征,证明所设计的Bum p进气道流动特征符合预期设计目标。通过CFD计算和试验对比,分析了所设计的Bum p进气道超声速气动性能,表明在发动机设计状态,在来流马赫数M a∞为2.0时,出口平均总压恢复系数接近0.87,而在M a∞=1.8时该值不低于0.91。

摘要：着重介绍和分析了近年来快速发展的压气机叶片自动优化设计方法现状、应用特点以及关键技术。通过分析指出:自动优化设计方法设计效率高,适用于高气动性能指标压气机/风扇设计;为缩短优化时间和提高搜索效率,优化算法应首选并行遗传算法;今后在叶片参数化方法、加速流场计算方法以及提高遗传算法的搜索效率方面需进行进一步研究。

摘要：对微型涡轮喷气发动机的顶层设计问题进行了研究。首先分析了发动机尺寸对性能的影响,揭示了微型发动机推重比具有与尺寸成反比提高的潜力。基于各相关学科近期能达到的技术水平,选择了微型发动机尺寸并提出了初步设计方案。对微型涡喷发动机的压比、燃烧室出口温度和各部件效率等设计参数进行了单变量和双变量分析,得到了这些参数对推力、耗油率等性能的影响规律。提出了一个能简便准确地判断微型发动机顶层设计方案是否能产生推力的判别准则,并得出了高、中、低性能的三种气动热力参数顶层设计方案。

摘要：介绍了旨在改善高压压气机性能的低速模拟试验方法,及其在国内外的发展情况。在参考国外成功经验的基础上,基于一定的相似准则,摸索出了一套低速模型压气机的设计方法。为了验证该方法的可行性,针对某方案设计的高压压气机后面级设计了一台4级重复级低速模型压气机。借助全三维黏性流场计算,证明该压气机模拟级进、出口各主要气动参数沿径向的分布,以及转子、静子叶片表面压力系数的分布与高压压气机的被模拟级是一致的。从数值计算的角度初步证明了利用该方法设计低速模型压气机是可行的。