高超声速飞行器机体推力耦合分析与协调控制方法研究

针对某型高超声速飞行器纵向巡航段模型对高度和速度的机动控制问题,研究并比较了采用吸气式超燃冲压发动机与火箭发动机作动力的飞行控制方法上的不同;重点分析了机体-推力耦合特性、高度-速度耦合特性以及超燃冲压发动机工作状态对飞行姿态的巨大影响;提出了油门和升降舵的协调控制方法,并进行了线性二次型控制律设计．通过仿真验证了该设计方法的有效性．     

超燃冲压发动机状态监测参数选择

针对超燃冲压发动机对发动机状态监测系统的需求,通过研究超燃冲压发动机的部件及整体特性,给出超燃冲压发动机性能监测所需的测量参数;根据发动机控制需求给出发动机状态监测系统所需的控制参数;最后从实际技术、物理限制等方面给出超燃冲压发动机状态监测系统需要监测的极限参数,并对这些参数的优化目标和优化方法进行简要分析.通过这些研究,给出了超燃冲压发动机状态监测系统所需的监测参数.     

空气入口速度对冲压发动机补燃室流场的影响

冲压发动机的空气入口的速度,会影响一次燃气在冲压发动机补燃室内的二次燃烧.为了提高燃烧室的燃烧效率,采用标准k-ε两方程模型和PDF燃烧模型,用双侧进气的非壅塞冲压发动机补燃室内的三维流场进行了数值仿真,分析了不同空气入口马赫数对补燃室流场的影响.结果表明,随着空气入口马赫数的增大,补燃室头部的涡流增强,但是空气在补燃...     

金属/水冲压发动机进水道工作特性

研究优化冲压发动机性能,针对水下航行器动特性改善问题,为了深入对金属/水冲压发动机进水道工作特性动态规律变化进行了解,提出建立水力特性三维数值模型.运用模型对一种运用于超空泡航行器的水冲压发动机复杂进水道内流场行了数值仿真研究.分析航行器航行速度和深度的增大,进水道流量系数增大,总压恢复系数减小;航行器攻角增大,流量系数减小,总压恢复系数减小.仿真证明超空泡航行器速度、深度及航行器攻角对金属/水冲压发动机给水效率和压力损失的影响机理.可为进一步研究水冲压发动机特性提供了参考.     

固体火箭冲压发动机设计计算一体化

为了简化固体火箭冲压发动机的设计过程,减少工作量,基于ACIS几何造型平台开发了固体火箭冲压发动机的三维CAD软件,该软件能预估固冲发动机主要部件的结构尺寸和发动机性能并实现了图形的实时显示,使该系统可进行固体火箭冲压发动机总体方案论证.为了验证该软件设计结果的准确性,对某设计点的进气道和补燃室的流场进行了数值仿真.结果表明:数值仿真结果在一定程度上与设计值吻合较好,验证了设计方法的有效性.与国内相同类型软件相比较,该软件的性能计算准确性高,CAD图形处理能力强,实现了固体火箭冲压发动机的参数化设计、计算一体化.     

固冲发动机补燃室压强控制技术研究

以固体冲压发动机为动力的导弹,其纵向通道控制系统设计中需要考虑固冲发动机的可控性、控制的经济性以及发动机的安全性,需要对固冲发动机开展充分的试验验证,通过补燃室压强控制试验验证发动机性能,为导弹总体控制创造条件;文章提出了一种基于补燃室压强闭环的控制策略,可以在固冲发动机地面直连试验中有效验证固冲发动机控制性能;建立了固冲发动机燃气发生器、补燃室数学模型,设计控制律并进行数学仿真;仿真结果表明,文章设计的补燃室压强闭环控制系统可实现补燃室压强控制,充分反应了固冲发动机控制性能,可根据研究结果开展导弹纵向通道控制系统设计,实现导弹总体对固冲发动机能量管理及进气道保护等方面的需求。     

固体火箭冲压发动机绝热层传热特性数值仿真

研究冲压发动机补燃室的热防护性能,为发动机长时间安全工作提高热防护技术,建立了补燃室三维流场和EPDM(三元乙丙)绝热层的物理数学模型,数值仿真补燃室内燃烧及流动过程.对补燃室内温度变化梯度大,燃气温度在补燃室中部达到极值,化学反应流场在周向存在很大的不对称性.补燃室头部的回流区和输运漩涡对燃烧效率有着重要影响.通过对绝热层和壳体的温度场进行数值仿真,发现绝热层存在两个高温区域:头部回流区域和补燃室中部的燃烧充分区域.计算结果符合物理规律,并与试验结果符合较好.研究结果为冲压发动机补燃室热防护层的设计提供了有效的分析手段.     

一体化变几何冲压发动机控制规律研究

为达到减轻导弹发射总重和提高导弹机动性的目的,建立了基于能量法的一体化超声速导弹/冲压发动机控制规律优化设计模型,通过合理调节尾喷管喉部面积,减小进气道的亚声速溢流阻力和提高总压恢复系数,降低冲压发动机的耗油率,实现一体化控制规律,在优化设计模型中,包含导弹升阻特性预测模型、冲压发动机特性与安装特性计算模型.将相应的计算程序在iSIGHT软件平台中进行集成并利用其优化功能,实现了尾喷管最优控制规律设计.对某型冲压发动机的计算结果表明,通过优化调整尾喷管喉部面积,可以显著降低导弹的发射总重,并明显提高导弹机动性.     

瓦斯发电系统建模与仿真

针对燃气瓦斯发电系统中的动力传递过程进行建模研究,研究了燃气发动机的工作原理以及影响发动机输出的核心参数,推导了发动机输出与节气门、空燃比等参数的关联模型,并在Simulink下搭建了空气流量控制、燃烧控制以及燃料控制部分的仿真模型,应用Stateflow工具箱实现了不同空气、压力、速度以及节气门角度参数条件下,发动机对应的输出变化.实验结果与发动机的出厂MAP参数对比表明,仿真模型能够正确模拟发动机的工作特性;依托该模型,可以实现常见故障的模拟仿真,为后续故障诊断的研究奠定基础.     

吸气式高超声速飞行器气动耦合干扰效应研究

研究飞行器与冲压发动机耦合干扰效率优化问题,由于吸气式高超声速飞行器机身与冲压发动机之间存在高度耦合,针对耦合效应不可避免对飞行器稳定性产生影响,为提高控制系统性能,提出飞行器机身与发动机之间的耦合干扰效应问题展开深入研究.在高超声速飞行器各部件无粘气动特性的基础上,采用尾气羽流分析模型研究机身与冲压发动机耦合干扰效应,并基于飞行器几何参数化模型进行仿真.结果表明分析模型能较精确地快速反应机身与冲压发动机之间耦合干扰效应,为吸气式高超声速飞行器机身/发动机一体化设计和控制系统优化设计及其动力学特性研究分析提供依据.