【摘要】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)建模是開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)回路仿真及半物理試驗(yàn)的重要組成部分,對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、減少試驗(yàn)成本具有重要意義。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的建模方法分為基于物理原理的部件法建模和基于數(shù)據(jù)的過(guò)程數(shù)學(xué)模型辨識(shí)建模。通常航空發(fā)動(dòng)機(jī)建模采用的方法是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作原理建立的部件法模型,但是部件法模型需要考慮模型的實(shí)時(shí)性以及精度。部件法建立的發(fā)動(dòng)機(jī)模型在部件特性存在差異情況下,容易與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異。因此需要考慮采用系統(tǒng)辨識(shí)的方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件法模型進(jìn)行修正。航空發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程數(shù)學(xué)模型可以根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)或部件法模型數(shù)據(jù)辨識(shí)得到。本文針對(duì)以上兩種發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法開(kāi)展了如下研究:以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)部件法為例,分析了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)部件法建模的原理并提出了改善部件法模型實(shí)時(shí)性的方法;結(jié)合現(xiàn)有的試車數(shù)據(jù),對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)部件法模型采用粒子群優(yōu)化算法修正發(fā)動(dòng)機(jī)部件特性。對(duì)于過(guò)程數(shù)學(xué)模型,分別研究了部件法模型線性化辨識(shí)方法以及實(shí)際試車數(shù)據(jù)的狀態(tài)變量模型辨識(shí)方法,提出使用偽隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)部件法模型結(jié)合最小二乘法辨識(shí)狀態(tài)變量模型參數(shù),分析了辨識(shí)模型的動(dòng)態(tài)特性;根據(jù)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用卡爾曼濾波的方法辨識(shí)狀態(tài)變量模型,并分析了激勵(lì)信號(hào)對(duì)于辨識(shí)模型的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.研究了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)部件法建模基本原理,指出改善模型實(shí)時(shí)性的基本原則是提高內(nèi)部部件模塊迭代速度以及提高外部非線性方程計(jì)算效率。相應(yīng)提出已知燃?xì)忪熟刂登蠼鉁囟鹊臄M合求解方法以及使用Broyden法求解非線性平衡方程,并使用底層C語(yǔ)言結(jié)合動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的接口建模方式保證整體模型移植穩(wěn)定性。2.針對(duì)部件法模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差,研究渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)部件法模型的辨識(shí)修正方法。對(duì)于影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的壓氣機(jī)特性進(jìn)行辨識(shí)修正,首先分析了壓氣機(jī)特性的耦合與插值計(jì)算原理,提出采用粒子群優(yōu)化算法辨識(shí)壓氣機(jī)特性耦合系數(shù),辨識(shí)生成新的壓氣機(jī)特性。仿真結(jié)果顯示采用以上辨識(shí)方法模型誤差顯著下降。3.研究部件法模型中線性化模型的辨識(shí)問(wèn)題并對(duì)辨識(shí)模型動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。以JT9D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件模型為例,在輸入偽隨機(jī)信號(hào)情況下使用最小二乘法辨識(shí)得到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)線性化狀態(tài)變量模型并對(duì)輸入信號(hào)幅度影響進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)幅度不宜超過(guò)3%。進(jìn)一步對(duì)辨識(shí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變量模型動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究,分析了狀態(tài)變量模型的低頻擬合特性以及模型的零極點(diǎn)分布影響。4.研究從實(shí)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)狀態(tài)變量模型,以渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例,提出一種新的狀態(tài)變量模型辨識(shí)方法-卡爾曼濾波法,辨識(shí)的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變量模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)響應(yīng)轉(zhuǎn)速誤差小于1%。結(jié)合JT9D部件法模型仿真分析了不同激勵(lì)信號(hào)下對(duì)于此方法辨識(shí)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型的影響,提出使用平均法或偽隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)的方法結(jié)合卡爾曼濾波辨識(shí)狀態(tài)變量模型。仿真結(jié)果顯示以上改進(jìn)方法顯著改善了單邊效應(yīng),模型正負(fù)階躍響應(yīng)誤差明顯減小。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V23
【圖文】：

ＮＡＳＡ邋的邋ＭｃＡｒｄｌｅ，Ｊａｃｋ邋0［６１］和邋ＧＥ邋公司［５５］對(duì)邋Ｃｏｔｔｉｎｇｔｉｏｎ邋的方法進(jìn)行邋了工程逡逑踐應(yīng)用。ＮＡＳＡ采用ＰＲＢＳ信號(hào)測(cè)試雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)可調(diào)導(dǎo)葉、燃油信逡逑與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能（轉(zhuǎn)速，推力）的頻率響應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證測(cè)試方法的可靠有逡逑。而ＧＥ公司使用該方法測(cè)試Ｔ７００渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油對(duì)轉(zhuǎn)速頻率響應(yīng)，結(jié)果逡逑明測(cè)量精度精度能夠滿足工程要求。逡逑針對(duì)傳統(tǒng)單一正弦信號(hào)測(cè)量頻率響應(yīng)方法過(guò)于復(fù)雜繁瑣，國(guó)外學(xué)者考慮了逡逑用多重正弦的奇次諧波信號(hào)（ｍｕｌｔｉｓｉｎｅ邋ｓｉｇｎａｌｓ）替代單一頻率正弦信號(hào)測(cè)量逡逑８逡逑

ＮＡＳＡ邋的邋ＭｃＡｒｄｌｅ，Ｊａｃｋ邋0［６１］和邋ＧＥ邋公司［５５］對(duì)邋Ｃｏｔｔｉｎｇｔｉｏｎ邋的方法進(jìn)行邋了工程逡逑踐應(yīng)用。ＮＡＳＡ采用ＰＲＢＳ信號(hào)測(cè)試雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)可調(diào)導(dǎo)葉、燃油信逡逑與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能（轉(zhuǎn)速，推力）的頻率響應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證測(cè)試方法的可靠有逡逑。而ＧＥ公司使用該方法測(cè)試Ｔ７００渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油對(duì)轉(zhuǎn)速頻率響應(yīng)，結(jié)果逡逑明測(cè)量精度精度能夠滿足工程要求。逡逑針對(duì)傳統(tǒng)單一正弦信號(hào)測(cè)量頻率響應(yīng)方法過(guò)于復(fù)雜繁瑣，國(guó)外學(xué)者考慮了逡逑用多重正弦的奇次諧波信號(hào)（ｍｕｌｔｉｓｉｎｅ邋ｓｉｇｎａｌｓ）替代單一頻率正弦信號(hào)測(cè)量逡逑８逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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2 王力國(guó);劉科輝;鄭嚴(yán);;微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)特性計(jì)算方法研究[J];戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù);2013年05期

3 胡宇;楊月誠(chéng);張世英;金國(guó)鋒;周保順;;基于改進(jìn)擬合法的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變量模型建立方法[J];推進(jìn)技術(shù);2013年03期

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3 張m顯

本文編號(hào)：2734451