一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法技术

本发明专利技术公开了一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法。首先在燃气发生器轴上加装电机，然后建立燃气涡轮发动机仿真模型；通过燃气涡轮发动机仿真模型获得不同飞行马赫数下，排气温度、推力与电机功率之间的对应关系。在需要调整发动机排气温度和红外特性的瞬间，通过控制电机的输入功率或提取功率，从而调整进气流量和油气比，进而主动控制排气温度和红外辐射，实现对红外特性的准确模拟。实现对红外特性的准确模拟。实现对红外特性的准确模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法


[0001]本专利技术涉及燃气涡轮发动机红外抑制
，尤其涉及一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法。

技术介绍

[0002]各类飞机和直升机大多采用燃气涡轮发动机作为动力源，发动机高温排气使得飞机现代和直升机广泛面临红外制导武器的威胁。因此，如何降低燃气涡轮发动机排气道/尾喷管红外辐射成为了研究热点。目前的研究大多从排气道/尾喷管材料及其外形设计的角度降低红外辐射。
[0003]对于船用燃气涡轮发动机，由于排气流量大，其高温排气不但会影响红外隐身性能，对于设备、船员工作环境和船舶总体设计均有负面影响，因此，船用燃气涡轮发动机同样面临降低排气红外辐射和温度的迫切需求。
[0004]作为检验武器性能的重要工具，靶标需要模拟威胁目标的红外特性。由于威胁目标的多样性，靶标的红外辐射并不是越低越好，其需要一种发动机排气红外控制技术，能够灵活调整发动机排气的红外辐射以实现对不同目标红外特性的准确模拟。

技术实现思路

[0005]本专利技术通过提供一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，能够灵活调整发动机排气的红外辐射以实现对不同目标红外特性的准确模拟。
[0006]本专利技术提供了一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，包括：
[0007]建立燃气涡轮发动机仿真模型；
[0008]通过所述燃气涡轮发动机仿真模型获得不同飞行马赫数下，排气温度、推力与电机功率之间的对应关系；
[0009]基于所述对应关系插值获得燃气发生器轴电机功率，对排气温度进行控制。
[0010]具体来说，所述建立燃气涡轮发动机仿真模型，包括：
[0011]通过部件特性实验或三维流体计算获得压气机、涡轮以及尾喷管部件特性，在此基础上构建流量连续性方程、功率平衡方程以及压比膨胀比方程组，通过牛顿
‑
拉夫森法求解上述非线性方程组，确定各部件共同工作点，在此基础上结合燃气热力性质计算方法，建立所述燃气涡轮发动机仿真模型。
[0012]具体来说，在所述通过所述燃气涡轮发动机仿真模型获得不同飞行马赫数下，排气温度、推力与电机功率之间的对应关系之后，还包括：
[0013]确定不同飞行马赫数和发动机推力工况下，电机功率的上下限。
[0014]具体来说，所述确定不同飞行马赫数和发动机推力工况下，电机功率的上下限，包括：
[0015]分别计算不同飞行马赫数和不同发动机推力工况下，调整电机功率，观察压气机出口压力、燃烧室出口总温、燃气发生器转速和压气机喘振裕度随所述电机功率的变化，确
定所述电机功率的上下限。
[0016]具体来说，所述基于所述对应关系插值获得燃气发生器轴电机功率，对排气温度进行控制，包括：
[0017]基于所述对应关系插值出不同的燃气发生器轴电机功率，将所述不同的燃气发生器轴电机功率作为控制信号输出到电机，对排气温度进行控制。
[0018]具体来说，还包括：通过燃油流量对发动机推力进行闭环控制。
[0019]具体来说，所述通过燃油流量对发动机推力进行闭环控制，包括：
[0020]根据大气温度、压力、飞行马赫数、折合转速、电机功率计算当前发动机推力，将所述推力作为反馈信号通过调节燃油流量实现对推力的闭环控制。
[0021]本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0022]首先在燃气发生器轴上加装电机，然后建立燃气涡轮发动机仿真模型；通过燃气涡轮发动机仿真模型获得不同飞行马赫数下，排气温度、推力与电机功率之间的对应关系。在需要调整发动机排气温度和红外特性的瞬间，通过控制电机的输入功率或提取功率，从而调整进气流量和油气比，进而主动控制排气温度和红外辐射，实现对红外特性的准确模拟。
[0023]此外，本专利技术还具有以下优点：
[0024](1)通过调节燃气发生器电机输入功率或提取功率，控制进气流量和油气比，从而在维持发动机推力不变的情况下灵活调节燃气涡轮发动机排气温度和红外辐射。
[0025](2)通过进行仿真模拟，能够验证基于混合电推进的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法的有效性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中的单轴涡喷发动机的结构简图；
[0027]图2为发动机进气流量与电机输出功率之间的对应关系曲线；
[0028]图3为发动机油气比与电机输出功率之间的对应关系曲线；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法的流程图；
[0030]图5为压气机共同工作点与电机输出功率之间的对应关系曲线；
[0031]图6为燃烧室出口温度与电机输出功率之间的对应关系曲线；
[0032]图7为本专利技术实施例提供的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法的控制原理图；
[0033]图8为采用本专利技术实施例提供的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法后，发动机排气温度与电机输出功率之间的对应关系曲线。
具体实施方式
[0034]本专利技术实施例通过提供一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，能够灵活调整发动机排气的红外辐射以实现对不同目标红外特性的准确模拟。
[0035]本专利技术实施例中的技术方案为实现上述技术效果，总体思路如下：
[0036]本专利技术实施例利用混合电推进技术在燃气发生器轴上加装电机，参见图1，电机与燃气发生器轴机械连接，电机转速与燃气发生器轴定速比传动，既可通过电机从燃气发生
器轴上提取功率，也可通过电机做功向燃气发生器轴提供功率，与涡轮一起驱动压气机。通过向压气机转子输入/提取功率增加/减小进气流量、减小/增加油气比，从而达到降低/提高排气温度和红外辐射的目的，如图2和图3所示。在排气温度控制规律设计过程中，本专利技术实施例利用仿真模型/发动机台架试验，确定在不同发动机工况和飞行条件下电机的输出功率。通过本专利技术实施例提供的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，能够在保证发动机输出功率/推力不变的情况下，有效地对燃气涡轮发动机高温排气产生的红外辐射进行控制。
[0037]具体地，在排气温度控制规律确定过程中，发动机排气温度(T8)、发动机推力(FN)，对于涡轴发动机或燃气轮机则为输出轴功率(Pow)与电机输出功率(Pe)的对应关系是在不同Ma的情况下分别确认的，Ma对T8、FN(或Pow)与Pe的对应关系有直接影响。且上述T8、FN、POW、Pe均为折合参数，使用时需要换算到当前发动机进口条件下的实际参数。
[0038]本专利技术实施例中的燃气涡轮发动机高精度仿真模型为部件级仿真模型，基于部件气动特性，通过求解功率平衡方程和流量连续性方程建立，能够模拟计算发动机各截面温度和压力、推力(对于涡轴发动机/燃气轮机则为输出轴功率)、转速、压气机喘振裕度、部件共同工作点，能够模拟不同大气环境和飞行条件下，发动机工况随燃气发生器轴电机功率的变化。
[0039]借助机载模型预测发动机推力(或输出功率)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，其特征在于，包括：建立燃气涡轮发动机仿真模型；通过所述燃气涡轮发动机仿真模型获得不同飞行马赫数下，排气温度、推力与电机功率之间的对应关系；基于所述对应关系插值获得燃气发生器轴电机功率，对排气温度进行控制。2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，其特征在于，所述建立燃气涡轮发动机仿真模型，包括：通过部件特性实验或三维流体计算获得压气机、涡轮以及尾喷管部件特性，在此基础上构建流量连续性方程、功率平衡方程以及压比膨胀比方程组，通过牛顿
‑
拉夫森法求解上述非线性方程组，确定各部件共同工作点，在此基础上结合燃气热力性质计算方法，建立所述燃气涡轮发动机仿真模型。3.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机排气红外辐射控制方法，其特征在于，在所述通过所述燃气涡轮发动机仿真模型获得不同飞行马赫数下，排气温度、推力与电机功率之间的对应关系之后，还包括：确定不同飞行马赫数和发动机推力工况下，电机功率的上下限。4.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机排气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，张郁，钱叶剑，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：