面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其目的在于避免试验研究建立在压气机/航空发动机试车试验或历史试验数据上带来的高成本与高风险，通过数字仿真的方式验证消喘控制的有效性，设计一种用于消喘控制的全数字仿真试验方法以降低风险和成本，减轻测试资源和人力资源的负担，同时也为后续硬件在环仿真、半物理仿真提供条件。该方法包括以下步骤：（1）MG3模型与压气机部件参数的耦合关系；（2）喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法。建立含进退喘模拟的发动机实时模型；控制器根据实时模型进喘的运行参数，验证喘振信号检测算法，产生消喘控制指令，执行消喘控制，为航空发动机主动稳定控制研究提供条件。

【技术实现步骤摘要】
面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法
本专利技术涉及一种面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，属于航空发动机稳定性控制

技术介绍
当代高性能战斗机需要更快的飞行速度和更高的飞行高度，同时要保证灵活的机动性以及导弹武器的使用，对航空发动机的稳定性与抗畸变能力提出了更高的要求。而航空发动机的稳定性是在发动机使用过程中不可逾越的红线，是评价发动机气动性能的前提，对发动机的结构完整性和可靠性有着极其重要的影响。因此，稳定性问题将成为新一代航空发动机研制成败的关键问题和技术“瓶颈”。喘振作为发动机的典型气动不稳定流态，是存在于整个压缩系统内的轴对称不稳定流动，表现为通过系统的流量和压气机出口压力等参数都随着时间在发动机轴向上作低频脉动。这种脉动使得发动机的效率和性能大大降低，不稳定气流微团的振动给压气机叶片附加额外的振动负荷，而气动失稳导致的涡轮前温度上升则给发动机叶片附加了额外的热负荷。振动负荷与热负荷大大加速了发动机的老化，缩短发动机使用寿命，增加了发动机的维护成本。在严重的情况下，还将引起发动机故障，从而导致灾难性的后果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是包括以下步骤：/n1)建立航空发动机部件级实时模型；/n2)模型间的耦合；/n3)喘振检测算法的验证；/n4)退喘控制的验证。/n

【技术特征摘要】
1.面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是包括以下步骤：
1)建立航空发动机部件级实时模型；
2)模型间的耦合；
3)喘振检测算法的验证；
4)退喘控制的验证。


2.根据权利要求1所述的面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是步骤1)所述建立航空发动机部件级实时模型，包括：
步骤1-1，根据涡轮风扇发动机的构造和功能，沿发动机进气流程设计包括进气道、风扇、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和外涵道；涡轮包括高压涡轮和低压涡轮；
步骤1-2，依次用非线性方程完成上述各部件的气动热力计算，建立反映发动机稳态工作过程中各部件共同工作关系的控制方程并求解；
步骤1-3，建立反映发动机动态工作过程中各部件共同工作关系的控制方程并求解，实现根据气动热力学过程推算发动机的工作状态参数。


3.根据权利要求2所述的面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是所述部件级实时模型的建立，基本假设包括：忽略部件热惯性；气体在发动机中的流动按一维流动处理。


4.根据权利要求2所述的面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是所述推算各部件共同工作关系的控制方程时，依次通过高压涡轮进口流量连续、高压转子功率平衡、低压涡轮进口流量连续、低压转子功率平衡、内外涵出口静压平衡和尾喷管喉道总压平衡作为约束条件，进行迭代计算，得到全包线范围内模拟发动机的动态和稳态特性。


5.根据权利要求1所述的面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是所述步骤2)采用压气机变转速MG3模型与所述部件级实时模型耦合，得到含进退喘模拟的部件级模型。


6.根据权利要求5所述的面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其特征是所述压气机变转速MG3模型，是在经典MG3模型基础上，考虑旋转失速高阶谐波转子动态特性的影响，进一步提高模型精度，以如下的4个微分方程描述：












其中，Φ为平均流量系数；Ψ为压力系数；Jn为无因此流量扰动(旋转失速)的第n次谐波的振幅平方；ξ为无量纲时间；lc是压气机的无量纲长度；H、W为压气机三次轴对称特性曲线的半高和半宽；ψc0为压气机轴对称特性曲线0流量出对应的压升；φ为轴向速度系数；lE为压气机出口管道无量纲长度；ΦT为节流阀特性；Ud为转子指令周向转速；Γ为无量纲扭矩；a为压气机内部滞后系数；m为出口管道流道参数；μ为压气机内气体黏性系数；b、Λ1、Λ2为自定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴龙，张天宏，袁元，盛汉霖，黄向华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32