發(fā)布時間：2020-11-15 04:11

　　 航空發(fā)動機控制系統(tǒng)是由航空發(fā)動機、控制器、執(zhí)行機構(gòu)和傳感器組成。傳感器是故障多發(fā)部件之一,其信號的正常與否將直接影響發(fā)動機控制系統(tǒng)的正常工作。適航規(guī)章CCAR33.28發(fā)動機控制系統(tǒng)條款中也對航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的安全性做出了明確規(guī)定,發(fā)動機控制系統(tǒng)部件的單點失效不會導(dǎo)致危害性后果。為了研究傳感器故障對發(fā)動機性能參數(shù)的定量影響,本文以發(fā)動機部件級模型和控制器組成的控制系統(tǒng)為依據(jù),提供了一種以模型為支撐的傳感器故障仿真分析方法,研究成果可為發(fā)動機控制系統(tǒng)的初期安全評估以及控制系統(tǒng)的適航審定提供指導(dǎo)和參考。本文的主要研究內(nèi)容分為以下三個部分:第一,建立PWX4056型航空發(fā)動機的部件級模型并對模型進(jìn)行驗證。本文在Matlab/Simulink軟件中采用部件法建立航空發(fā)動機整機的模型。利用牛頓拉夫遜法求解由功率平衡和流量平衡構(gòu)成的發(fā)動機穩(wěn)態(tài)共同工作方程組,在發(fā)動機的設(shè)計點對穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行驗證。利用流量平衡法建立發(fā)動機的動態(tài)模型,選用歐拉法求解發(fā)動機轉(zhuǎn)子動力學(xué)方程,并對發(fā)動機動態(tài)模型進(jìn)行驗證。建立的發(fā)動機部件級模型為后續(xù)控制器的設(shè)計以及傳感器故障影響的定量分析提供仿真基礎(chǔ)。第二,對發(fā)動機穩(wěn)定狀態(tài)控制器參數(shù)和加速狀態(tài)控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。在發(fā)動機部件級模型的基礎(chǔ)上,利用試湊法設(shè)計增量式PID控制器參數(shù),并分別在發(fā)動機慢車狀態(tài)、最大推力狀態(tài)及中間的狀態(tài)設(shè)計控制器參數(shù)。根據(jù)發(fā)動機加速過程中的限制值制定加速計劃,將穩(wěn)定狀態(tài)控制器和加速計劃通過傳統(tǒng)的Min選擇邏輯進(jìn)行連接,實現(xiàn)加速狀態(tài)控制。由航空發(fā)動機穩(wěn)定狀態(tài)控制器和加速狀態(tài)控制器組成的控制系統(tǒng),為傳感器故障仿真分析提供依據(jù)。第三,分析傳感器故障對發(fā)動機工作狀態(tài)的影響。模擬壓力傳感器恒偏差故障,將壓力傳感器恒偏差故障注入到發(fā)動機的控制系統(tǒng),分別在發(fā)動機穩(wěn)定狀態(tài)和加速狀態(tài)進(jìn)行傳感器恒偏差故障影響的仿真分析。傳感器恒偏差故障對發(fā)動機性能參數(shù)的影響結(jié)果可為發(fā)動機控制系統(tǒng)的初期安全評估以及適航審定工作提供支持和參考。
【學(xué)位單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V263.6
【部分圖文】：

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文Electronic Control）控制。1950 年以前，早期的控制系統(tǒng)也多為簡單的機械液壓式，發(fā)動機控制器計算主要利用齒輪系、聯(lián)動裝置和凸輪等實現(xiàn)，如美國 GE 公司制造出第一臺噴氣式發(fā)動機 GE I-A，GE I-A 的控制系統(tǒng)是液壓式調(diào)節(jié)器，它所計量的進(jìn)入發(fā)動機的燃油流量與期望的渦輪轉(zhuǎn)速和實際的渦輪轉(zhuǎn)速的偏差成正比。這個系統(tǒng)表示了一個單軸發(fā)動機控制系統(tǒng)最基本的功能，包括了燃油計量、超速保護(hù)、熄火保護(hù)和超溫保護(hù)裝置。相比之下，現(xiàn)代噴氣發(fā)動機由 FADEC 來控制的，它能夠利用無約束操作的油門桿的變化來設(shè)定發(fā)動機功率，可以控制更多的參數(shù)，比較容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，航空發(fā)動機因其全權(quán)限數(shù)字式電子控制的出現(xiàn)而獲得更高的控制精度和工作效率。航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的發(fā)展的階段簡圖可用圖 1.1 表示，總結(jié)為機械液壓式控制、模擬電子控制和數(shù)字化電子控制發(fā)展階段[29]。

采用歐拉法求解發(fā)動機動態(tài)模型并對動態(tài)模型進(jìn)行驗證。2.1 航空發(fā)動機建模假設(shè)及建模流程研究傳感器故障對發(fā)動機工作情況影響的前提是建立合適準(zhǔn)確的發(fā)動機模型，建立發(fā)動機模型的方法包括解析法和試驗法[53]。解析法因其在建立發(fā)動機模型精度方面較高而被國內(nèi)外普遍采用。本章以 PWX4056 型航空發(fā)動機為例，按照部件順序，采用解析法建立發(fā)動機整機非線性氣動熱力學(xué)模型。2.1.1 航空發(fā)動機模型的假設(shè)PWX4056 型航空發(fā)動機是大涵道比渦扇發(fā)動機，其中組成的部件分別為進(jìn)氣道、低壓壓氣機（風(fēng)扇，增壓級）、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和尾噴管[54]。結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2.1 所示。

由于航空發(fā)動機的部件特性數(shù)據(jù)是發(fā)動機制造商的保密數(shù)據(jù)[57]，本文針對航空發(fā)動機部件法建模所采用的部件特性數(shù)據(jù)是由荷蘭 GSP 航空發(fā)動機仿真軟件采用比例因子經(jīng)縮放后獲得，只適用于 PWX4056 型航空發(fā)動機。2.1.2 航空發(fā)動機的建模流程發(fā)動機的每個部件模型都是一個單獨的模塊并且包括若干的輸入和輸出參數(shù)，不考慮部件內(nèi)部參數(shù)的變化。各個部件模型通過一組共同工作方程組成發(fā)動機模型，其中各個部件模型按照它們之間的輸入或者輸出關(guān)系連接起來。2.1.3.1 進(jìn)氣道發(fā)動機內(nèi)氣體流經(jīng)的第一個部件就是進(jìn)氣道，它的功用是向發(fā)動機提供流量匹配的高質(zhì)量氣流，使氣流以最小的流動損失順利的進(jìn)入發(fā)動機，為之后的增壓部件提供氣流穩(wěn)定的工作環(huán)境，圖 2.2 為進(jìn)氣道部件模型。
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本文編號：2884323