一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统；所述方法包括：建立安全边界，基于所述安全边界设定限制保护策略；基于限制保护策略，利用飞行参数设定模态切换控制策略；基于模态切换控制策略，设定子PID控制器并通过Max

【技术实现步骤摘要】
一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及串并混联的TBCC发动机的模态切换控制与安全边界限制
，尤其涉及一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统。

技术介绍

[0002]高超声速飞行器作为一种飞行速度超过5马赫的长距离、高精度新型飞行器，是人类航空航天技术的又一里程碑，对科学技术推动和社会发展有着深远影响。要想让飞行器在地面水平滑跑起飞，并将其发送到亚轨道高度(20～100km)，单一模态的发动机均无法满足要求，必须解决不同发动机动力的组合问题。涡喷发动机虽然比冲较大，但其工作区间为Ma 0～2.5；冲压发动机虽工作范围在Ma 3～8.0之间，但却无法实现水平起降；火箭发动机虽然马赫数覆盖范围广，但不可重复使用，性价比较低。现有具备实际工程应用价值的组合动力系统主要包括三种形式，分别为涡轮基组合循环动力装置(Turbine
‑
Based Combined Cycle,TBCC)、火箭基组合循环动力装置(Rocket
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Based Combined Cycle,RBCC)和空气涡轮冲压动力装置(Air Turbo Ramjet,ATR)。TBCC发动机作为一种典型的组合动力方案，可实现高超声速飞行器水平起降到高超声速作战的宽速域飞行任务，相比RBCC发动机经济性更佳，相比ATR发动机可靠性更高，具备广阔的应用前景。
[0003]TBCC发动机需要兼顾水平起降、爬升及更远的高速巡航航程，相比单一类型的航空发动机控制更加棘手，如何拓宽发动机的工作速域，改善发动机的安全性能，解决模态切换间的推力衔接问题是摆在高超声速飞行器研究者面前的关键难题，而如何合理设计TBCC发动机控制规律就成了实现这些技术问题突破的关键。近年来，出现了关于串联式TBCC发动机与并联式TBCC发动机的工作模式与模态切换控制方法，但针对串并混联的TBCC发动机的模态切换控制研究与安全边界限制鲜有公开文献涉及。因此，申请人提出一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统，能够让TBCC发动机在飞行过程中的温度、压力保持在安全边界范围内，同时在模态切换过程偏离参考推力曲线相对误差小于10％。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法，所述方法包括：
[0006]建立安全边界，基于所述安全边界设定限制保护策略；
[0007]基于限制保护策略，利用飞行参数设定模态切换控制策略；
[0008]基于模态切换控制策略，设定子PID控制器并通过Max
‑
Min高低选策略构建发动机控制器；
[0009]基于所述发动机控制器优化PID参数调节发动机燃油流量，基于发动机燃油流量与对应输出推力函数关系来对发动机的推力进行控制。
[0010]根据本专利技术的另一个方面，提供一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制系统，所述系统包括：
[0011]安全保护模块，用于建立安全边界，基于所述安全边界设定限制保护策略；。
[0012]模态切换模块，用于利用飞行参数设定模态切换控制策略；
[0013]发动机控制器模块，设定子PID控制器并通过Max
‑
Min高低选策略构建发动机控制器；
[0014]执行模块，用于基于所述发动机控制器优化PID参数调节发动机燃油流量，基于发动机燃油流量与对应输出推力函数关系来对发动机的推力进行控制。
[0015]上述技术方案所带来的有益效果：
[0016]1.建立对称推力布局四通道串并混联发动机的控制方案，满足发动机从0到6Ma的宽速域推力需求；
[0017]2.设计四通道串并混联发动机的安全保护控制策略，保证涡喷模态、引射火箭模态、亚燃模态与超燃模态的温度与压力处于合理且安全的工作状态；
[0018]3.设计四通道串并混联发动机的模态切换控制策略，解决从涡喷模态到超燃模态的协同控制技术，保证发动机推力连续提升，切换过程偏离参考推力曲线相对误差小于10％。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例的流程示意图；
[0021]图2是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中提供的混联式TBCC发动机的高度、马赫数条件示意图；
[0022]图3是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中提供的混联式TBCC发动机的高度、马赫数条件示意图；
[0023]图4是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联式TBCC发动机参考推力示意图；
[0024]图5是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联式TBCC发动机模态切换控制结构图。
[0025]图6是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联式TBCC发动机控制系统框图；
[0026]图7是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联式TBCC发动机控制器在调节过程中涡喷通道燃油流量与推力变化趋势示意图；
[0027]图8是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联式TBCC发动机控制器在调节过程中引射亚燃通道燃油流量与推力变化趋势示意图；
[0028]图9是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联
式TBCC发动机控制器在调节过程中超燃通道燃油流量与推力变化趋势示意图；
[0029]图10是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法一实施例中混联式TBCC发动机控制器在整个飞行任务中的推力跟踪控制效果图；
[0030]图11是本专利技术一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制系统一实施例的示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本专利技术，但不对本专利技术的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本专利技术的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]本专利技术提出一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法及系统，能够让TBCC发动机在飞行过程中的温度、压力保持在安全边界范围内，同时在模态切换过程偏离参考推力曲线相对误差小于10％。
[0033]请参见图1，图1是本专利技术一种对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法，其特征在于，所述方法包括：建立安全边界，基于所述安全边界设定限制保护策略；基于限制保护策略，利用飞行参数设定模态切换控制策略；基于模态切换控制策略，设定子PID控制器并通过Max
‑
Min高低选策略构建发动机控制器；基于所述发动机控制器优化PID参数调节发动机燃油流量，基于发动机燃油流量与对应输出推力函数关系来对发动机的推力进行控制。2.如权利要求1所述的一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法，其特征在于，建立安全边界，基于所述安全边界设定限制保护策略具体包括如下步骤：获取涡喷发动机安全边界；获取火箭发动机安全边界；获取亚燃冲压发动机安全边界；获取超燃冲压发动机安全边界；基于上述四个安全边界确定限制保护策略。3.如权利要求1所述的一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法，其特征在于，所述飞行参数包括：飞行高度、来流马赫数；所述发动机包括如下模态：涡喷模态、引射模态、亚燃模态、超燃模态；基于限制保护策略，利用飞行参数设定模态切换控制策略具体包括如下步骤：来流马赫数低于第一阈值，进气道处于涡喷模态，涡喷发动机单独工作；来流马赫数大于第一阈值小于第二阈值，进气道涡喷模态向引射模态过渡；来流马赫数大于第二阈值小于第三阈值，进气道处于引射模态；来流马赫数大于第三阈值，进气道由引射模态向亚燃模态过渡；来流马赫数大于第四阈值小于第五阈值，进气道处于亚燃模态；来流马赫数大于第五阈值，进气道由亚燃模态向超燃模态过渡；来流马赫数大于第六阈值小于第七阈值，进气道处于超燃模态。4.如权利要求1所述的一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法，其特征在于，基于模态切换控制策略，设定子PID控制器并通过Max
‑
Min高低选策略构建发动机控制器具体包括如下步骤：获取所述安全边界下发动机燃油量的上限值构建Min策略合集；获取所述模态切换控制策略下发动机燃油量的期望值；基于Min策略集合及发动机燃油量的期望值构建Max策略合集；基于Max策略合集输出最后的发动机燃油量值；基于最后的发动机燃油量值输入所述子PID控制器构建发动机控制器。5.如权利要求1所述的一种对称推力布局四通道串并混联发动机控制方法，其特征在于，所述发动机模态包括：涡喷模态、引射模态、亚燃模态、超燃模态；
所述基于所述发动机控制器优化PID参数调节发动机燃油流量，基于发动机燃油流量与对应输出推力函数关系来对发动机的推力进行控制具体的：基于发动机控制器调节子PID控制器；设定采样周期及采样序号；基于设定的采...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘利军，李维周，余臻，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：