特性的航空发动机起动系统数学模型

1、第20卷第3期2005年6月航空动力学报Journal ofAe r o s p a c e PowerJun.2005文章编号:1000一8055(200503一0499一04基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型苏伟生“2,孙健国1,程蓝1,胡世民1(1.南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016;.中航第一集团公司航空动力控制系统研究所,江苏无锡摘要:简述了起动过程,分析了起动过程中起动扭矩与阳嘉妻垂蠹薹蒌藿篓攀鐾墓圣薹搴耋呈t塞垂薹耋萋誊善投耍嚣誉。里誊蓍嚣萋薷引刻鎏萋麦嚣羹的羹孽蔓翥巷垂耋薹萋蔬罂彩墓羹善基羹耋:蠹磊斟蠹墓薯霍孥啪薹翼捐j羹簦毋毫塞篓砰摧夔蔓季耋毫蚕孽蕃霉

2、鏊崩鞘罄囊羹荸萋葫型冀?毒耄薯:谛善.善秽鬻誊辜墓!霎薹蓦店囊;要羹1凌返回(3。(6从最小的性能指标中找到模糊神经网络的最优参数值。4仿真与结果发动机模型采用某涡扇发动机的部件级数学模型,采用单变量控制规律,单独使用供油量控制高压转子转速。该涡扇发动机的最大供油量为kg/s,采样周期取To.02s。控制器待确定的参数共有27个,所有参数的初始值取区间(o,1内的随机数,式(11和式(12中的混沌变量经线性变换映射到区间(一0.5,0.5,式(13中取一o.001,z。一o.1,其终止条件取0.001。性能童二!j图3高压转子转速对燃油流量阶跃响应(HO km,扎一0speed 0f high

3、pressurerotor tofuel step指标参数取"10.5,"zo.5,zloo,即100个采样周期计算一次性能指标。根据本文提出的优化控制方案,采用MATLAB语言对不同条件下发动机控制系统进行仿真计算。由于模糊神经网络的参数取值都在o,1区间,可以充分发挥混沌优化方法在状态空间较小时搜索效果好的优点。仿真发现,该算法迭代190次左右就可以完全收敛,性能指标达到最优。而采用传统BP算法至少需要l 200次才能使系统性能指标达到一般状态,并且经常出现局部最小现象,算法无法收敛。 第3期苏伟生等:基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型50l式(2即要求起动机特性

4、不能太软,也不能太硬,以保证顺利起动。(3满足一定的起动时间要求,对此将在后面讨论。3起动系统模型起动系统的原理图及相应的当量系统如图3(a和图3(b所示。吁寺咽,0132+b2+T(f2132(bf哥w强图3起动系统原理圉与当量系统图Fig3Scheme of starti“g system图中:丁st起动机发出的扭矩;丁c发电机负载力矩;Tr液压泵的负载力矩;7j发动机扭矩;Jsr起动机的转动惯量;J。发电机的转动惯量Jr液压泵的转动惯量;,e发动机的转动惯量。Z。.乙“一瓦“一云Z。如“一云“一“百式中:i为传动比。根据牛顿定律可得:三害一丁。(33011出“4式中:,。一,E+JsT(

5、i2屯2+,P瑶+k钙称为起动系统的当量转动惯量;LTE+丁sTz2i3一TPi。一TG如称为起动系统的当量扭矩。量扭矩不仅与发动机转速有关,而且也和飞行高度和大气温度有关,即:丁。一/(n,H,丁H(4式(3是按理想情况推导出来的,当考虑功率传递损失时,则应对式(3中的L。进行修正得:L。一了1E+丁sTi2b佻T.ETd3GE(驰式中:口”.e起动机到发动机的传递效率;珈.e液压泵到发动机的传递效率;珊e发电机到发动机的传递效率。4起动时间起动时间是选择(或确定起动系统的准则之一。起动时间受到发动机工作状态以及传动系统强度等限制,所以一般要求:一个满意的起动系统必须在满足不损坏发动机和传动

6、系统,发动机不失速,不熄火的前提下,从静止加速到慢车转速具有合理的起动时间。对于同一厂家生产的同一批发动机采埔帕同的起动系统,在相同的环境温度以及使用相同起动程序时,起动时间可能会不同。这是因为同一厂家生产的发动机,其部件性能,燃油控制器性能和起动机性能存在差异,必然使起动时间不一样。因此计算起动系统的起动时间只能作为一批发动机起动时间的名义值或平均值。由式(3得起动时间。如下:Pidle (/30J。(6由式(6易知,起动时间取决于起动系统当量转动惯量和当量扭矩。随着当量转动惯量增加,起动时间f。也增加,起动系统当量扭矩增加,起动时间减少。4.2分段计算起动时间f。一f“+。2+(7 基于扭

7、矩特性的航空发动机起动系统数学模型作者:苏伟生, 孙健国, 程蓝, 胡世民, SU Wei-sheng, SUN Jian-guo, CHENG Lan, HU Shi-min作者单位:苏伟生,SU Wei-sheng(南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016;中航第一集团公司,航空动力控制系统研究所,江苏,无锡,214063, 孙健国,程蓝,胡世民,SUN Jian-guo,CHENG Lan,HU Shi-min(南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016刊名: 航空动力学报英文刊名:JOURNAL OF AEROSPACE POWER年,卷(期:2005

8、,20(3被引用次数:1次参考文献(6条1.徐亮.黄金泉适用于全包线的航空发动机BP网络模型的动态辨识期刊论文-南京航空航天大学学报 2001(042.谢寿生.樊思齐采用内积原理建立航空发动机神经网络辨识模型期刊论文-推进技术 1998(013.姜涛.李应红基于动态RBF网络的发动机起动过程模型辨识期刊论文-航空动力学报 2002(034.朴英航空燃气涡轮发动机起动性能分析期刊论文-航空动力学报 2002(065.程蓝.苏伟生.孙健国发动机起动系统通用设计程序 20036.张绍基涡扇发动机空中风车起动特性分析会议论文 2002相似文献(10条1.期刊论文王交峰.田丰.田金光.WANG Jiao

9、-feng.TIAN Feng.TIAN Jin-guang基于声学CT重建航空发动机燃烧室出口温度场的仿真研究-沈阳航空工业学院学报2009,26(2结合声波传感器与计算机断层成像技术,提出一种航空发动机燃烧室环形出口温度场重建的方法.首先确定了航空发动机燃烧室出口处声波速度与温度的数学模型,然后用最小二乘方法对航空发动机燃烧室环形出口温度场进行了重建.仿真结果表明,温度场重建结果的相对平均误差在3%以内,相对最大误差在6%以内,该方法具有测温范围宽,可测得航空发动机燃烧室环形出口截面温度分布等优点.2.期刊论文郭昕.杨志军航空发动机高、低温起动及高原起动试验技术探讨-航空动力学报2003,

10、18(3根据GJB2411对航空发动机高、低温起动及高原起动试验的要求,分析了高、低温及高原环境条件对航空发动机起动性能的影响机理;阐述了利用自然环境条件、低温起动室及高空模拟试验台进行航空发动机高、低温起动及高原起动试验的优、缺点;结合国产斯贝MK202发动机分别在英国R.R.公司低温起动室和高空模拟试车台进行的低温起动试验方法24和俄罗斯中央航空发动机研究院(CIAM高空台的发动机高、低温起动及高原起动试验的方法,提出了符合我国国情的航空发动机高、低温起动及高原起动试验的实施途径.3.期刊论文陈永当.杨海成.杜兵劳.CHEN Yong-dang.YANG Hai-cheng.DU Bing

11、-lao基于本体的航空发动机设计知识组织模型构建与分析-航空动力学报2007,22(1为实现航空发动机设计知识的集中组织与管理,进行知识组织模型技术研究,提出基于知识本体的知识组织模型构建方法.研究了面向航空发动机设计的知识本体的结构、设计准则、构建方法以及映射技术,并分析了基于本体的知识组织模型的特征,给出了基于知识本体的面向航空发动机设计的知识组织模型的实施框架.此框架对航空发动机设计知识管理的应用研究有参考价值.4.期刊论文邓四二.滕弘飞.周彦伟.马付建.张志华.DENG Si-er.TENG Hong-fei.ZHOU Yan-wei.MA Fu-jian.ZHANG Zhi-hua航

12、空发动机主轴轴承滚道表面光饰强化处理-航空动力学报2006,21(3表面改性处理技术是一种提高航空发动机主轴轴承疲劳寿命的有效途径.在表面改性处理理论分析基础上,提出一种新的航空发动机主轴轴承滚道表面强化处理技术(即光饰强化处理并研制了相应的光饰强化专用设备-离心强化机,试验结果表明:该技术可以有效地提高航空发动机主轴轴承滚道表面硬度,改善滚道表面粗糙度,并在滚道接触表层产生残余压应力,显著地提高航空发动机主轴轴承疲劳寿命和降低疲劳寿命离散性.5.期刊论文张绍基航空发动机控制系统的研发与展望-航空动力学报2004,19(3对国内外军用航空发动机控制系统的研制现状和今后的发展方向进行了归纳和分析

13、,主要对主燃油控制、加力燃油控制、尾喷管控制、防喘控制、发动机状态监视和故障诊断各系统的技术特点,方案选择,研究动向进行了介绍和评述.从航空发动机控制系统近年来取得的进展,特别是全权限数字电子控制(FADEC技术的研究和应用,可以看出航空发动机控制系统的发展潜力巨大,将会对飞机和航空发动机的研制和发展产生巨大的影响.6.期刊论文黄金泉.徐科航空发动机分布式控制系统结构分析-航空动力学报2003,18(5对近年来航空发动机分布式控制系统的研究作了简要分析.重点分析了航空发动机分布式控制系统的结构、功能和优点;比较了几种分布式数据总线和电源总线的优缺点,并指出了适用于航空发动机分布式控制系统的数据

14、总线和电源总线选择;分析了发动机运行环境对开发分布式控制系统的影响,并提出了可能的解决方案;指出了开展航空发动机分布式控制系统研究的重要性和未来的发展方向.7.期刊论文何田.刘献栋.李其汉.HE Tian.LIU Xian-dong.LI Qi-han一种改进的航空发动机转静件碰摩故障诊断方法-航空动力学报2008,23(6针对航空发动机碰摩故障的实际情况,分析了各种诊断方法的应用局限性,引入并改进适用于航空发动机碰摩诊断的基于SVD(奇异值分解的碰摩特征提取方法:提出利用数据边界延拓来消除边界振荡,以此发展了适合短时间序列和长时间序列的奇异值分解处理方法,并探讨了简便实用的奇异值选择方法.并

15、在某航空发动机故障信号的检测中,取得了良好的效果.2008,23(1 提出采用多目标遗传算法,对航空发动机PID控制器参数进行优化设计.使用先进多目标遗传算法NSGA-对航空发动机PID控制器进行参数整定.针对 某型航空发动机在飞行包线内的飞行状态进行控制器参数的优化选取,仿真结果表明,与传统手动试凑调节PID控制器参数进行比较,转速阶跃响应过程的 性能指标得到了很好的优化,获得了令人满意的优化效果. 9.期刊论文 张海波.孙健国.孙丰诚.ZHANG Hai-bo.SUN Jian-guo.SUN Feng-cheng 非线性反演控制律在航空发动 机多变量控制中的应用 -航空动力学报2007,

16、22(7 主要研究了非线性反演控制规律设计方法在航空发动机控制中的应用.首先基于小偏差线化模型建立了航空发动机的非线性仿射模型,讨论了非线性 反演控制规律的设计方法.最后,针对某型涡扇发动机运用非线性反演控制规律设计方法设计了双转子转速控制规律,并给出了仿真结果,仿真结果表明这 种控制规律的设计方法在航空发动机控制中是可行的. 10.期刊论文 朱玉斌.樊思齐.张秀华.李华聪.ZHU Yu-bin.FAN Si-qi.ZHANG Xiu-hua.LI Hua-cong 基于自调整神 经元的航空发动机多变量自适应解耦控制 -航空动力学报2007,22(3 根据航空发动机性能控制要求,通过分析自调整神经元及最速下降学习方法,研究了基于自调整神经元的航空发动机多变量自适应解耦控制系统.利用 自调整神经元的结构简单、各神