氢氧膨胀循环发动机推力调节技术研究

介绍的氢氧发动机采用先进的闭式膨胀循环方式,具备60%～100%推力调节能力。发动机推力调节技术研究主要包括推力调节方式选择、电动调节系统产品研制、调节过程模型在环仿真以及调节过程硬件在环仿真等工作。通过上述研究工作,验证了提出的方案能够实现发动机60%～100%的推力调节范围,能够实现推力调节过程中推力、混合比的联合控制。     

变推力液氧/甲烷膨胀循环发动机系统方案研究

在某型氢氧膨胀循环发动机的基础上进行适应性改进,使其尽可能不改变原有部件的同时满足变推力液氧/甲烷膨胀循环发动机的要求。根据液氧/甲烷推进剂和变推力工作条件的特殊要求,对发动机所要解决的各项问题进行了梳理,对喷注器的结构方案,推力室的再生冷却结构,变推力的调节方式等问题进行了研究。在此基础上确立了变推力液氧/甲烷膨胀循环发动机的系统方案,分析了各组件的工作状态。     

循环参数对涡轮级间燃烧室发动机性能影响

文中采用变比热部件法建立了某型涡轮级间燃烧室发动机性能仿真程序,对比分析了风扇增压比、高压压气机增压比、涵道比、涡轮前温度等主要循环参数对涡轮级问燃烧室发动机和常规发动机性能参数的影响.结果表明:这些循环参数变化时,涡轮级问燃烧室发动机单位推力增长幅度较大,耗油率性能变化曲线趋于平缓,发动机综合性能提升,循环参数的可供选择范围变宽.     

氢氧火箭发动机流量调节阀动态仿真分析

流量调节阀是液体火箭发动机推力调节的关键部件,根据某型氢氧发动机流量调节阀的结构与工作原理,建立调节阀的动力学模型,并利用AMESim软件建立了流量调节阀的动态仿真模型。基于流量调节阀仿真模型进行了如下仿真工作：计算不同工况下调节阀的流量特性、验证调节阀的稳流特性、仿真分析调节阀动态特性、分析结构参数对调节阀动态特性的影响。仿真结果揭示了流量调节阀的流量与动态特性,为调节阀的改进优化提供了方向。     

双谐振点发动机推力矢量控制伺服机构算法优化研究

建立运载火箭双谐振点发动机的双质量弹簧物理模型,辨识特性参数,推导出伺服机构数学模型。采用直接数值寻优方法对推力矢量控制伺服机构算法进行计算优化研究,通过仿真分析和发动机冷摆试车试验,得出双陷波补偿是一种较优选择。     

某发动机模拟装置在半实物仿真中的应用

以发动机控制器、发动机模拟器、伺服系统为核心部组件设计完成固体火箭冲压发动机控制系统的半实物仿真试验装置,将其以硬件实物形式接入导弹控制系统半实物仿真试验中,模拟了固体火箭冲压发动机点火前后的工作流程,完成了发动机燃气发生器压强、发动机剩余质量以及推力等模型解算,实现了固体火箭冲压发动机在半实物仿真试验中推力闭环可调。多次半实物仿真试验表明,搭建的硬件平台隔离性好、性能稳定、结构紧凑,满足固体火箭冲压发动机控制系统设计的要求。     

基于PWM作动器的运载火箭伺服系统建模与仿真

根据运载火箭伺服系统工作特点,设计了基于PWM作动器的火箭发动机位置伺服控制系统.完成了作动器、非对称作动筒等关键部件数学建模,获得了位置伺服系统的控制模型.针对获得的控制系统传递函数,对系统的稳态误差和稳定裕度进行了分析.采用Matlab/Simulink设计了基于抗积分饱和算法的PID控制器,并建立了整个非线性控制系统AMESim仿真模型,验证了控制系统的稳态控制精度和动态调节特性.最后通过地面负载试验验证了控制算法及控制系统方案的可行性.     

小型涡扇发动机全状态实时数值仿真

介绍了小型涡扇发动机全状态实时数值仿真的建模方法。发动机采用基于特性的部件级模型,考虑了燃烧室、内涵喷管、外涵通道、高-低压涡轮过渡通道和风扇-压气机过渡通道的容积效应。燃油控制装置模型按照传感器、控制器、调节器等模块原理建立,考虑了大于0.01 s时间常数的惯性环节影响。该仿真程序为全状态、大偏离、动/稳态、具备实时能力的数值仿真模型,通过时间步长的数值积分完成,无需迭代、速度快,能够满足工程要求。本模型以动力装置各主要部件的试验特性为基础进行解算,保证了仿真结果的精确性。     

完全氢膨胀循环吸气式组合发动机（ABEXP）的研究

完全氢膨胀循环吸气式组合发动机性能优越、结构简单，循环布局合理。本文总结了完全氢膨胀循环的4种基本形式，提出了一种新的氢膨胀循环方案，可望从循环组织上根本解决其两个技术关键。通过对航空发动机通用程序的扩展，满足了计算完全氢膨胀循环方案总体性能的需要，并得到了许多十分有意义的结论：不仅发动机推力符合设计要求，而且比冲相当高；增加空气预冷器后比冲还有大幅度提高，这是一种最佳组合。同时分析了多种参数对性能的影响，对发动机选定设计参数有很大帮助。指出了调节规律中一些与普通航空发动机完全不同的现象，对研究吸气式组合发动机的调节很有帮助。     

用于1吨推力级火箭发动机的小型液氧、液氢涡轮泵

本文叙述用于1吨推力级火箭发动机的小型液氧和液氢涡轮泵的设计、制造和试验工作。为应用于膨胀循环的火箭发动机,涡轮泵是单轴型的。涡轮泵的研制工作已于1981年开始,到1983年3月就圆满结束。     

基于数字变力矩的拦截器脉冲姿态控制律设计

为提高拦截器姿控系统的控制精度,在研究常值推力姿控发动机的脉冲调制方式的基础上,建立姿控发动机的脉冲推力模型,重点设计动能拦截器基于非线性开关控制的姿控发动机控制律,并通过典型角度稳定跟踪过程验证控制律.仿真结果表明:姿控系统能够稳定地高精度跟踪目标,所设计的姿控系统具有有效性.     

清洗对涡轴发动机性能恢复的影响

以某型涡轴发动机为研究对象,建立了涡轴发动机部件级性能仿真模型,根据清洗前后压气机性能参数的数据,计算得出发动机的总体性能的变化情况,分析发动机总体性能恢复的规律。结果表明:清洗后,发动机燃气涡轮前总温、燃气涡轮后总温和耗油率显著降低,轴功率和扭矩显著提高。     

基于能量方法的飞行控制系统设计与仿真

飞机总能量控制是一种全新的综合飞行/推力控制技术,从控制飞机总能量的变化与分配出发,全面解决纵向飞行轨迹控制与速度控制之间的耦合问题,进而建立起一体化的综合飞行控制系统.文中研究了基于能量方法的飞行控制系统的设计方法,建立了包含飞机纵向姿态控制回路和发动机推力控制回路的飞机质点能量运动模型,并以某型飞机为研究对象进行了综合仿真,仿真结果表明基于能量方法的控制系统实现了纵向飞行轨迹控制与速度控制之间的解耦.     

基于动态补偿技术的姿控发动机瞬态推力测量

针对某小型姿控固体火箭发动机瞬态推力的测量,在分析其瞬态推力测量原理的基础上,指出了瞬态推力测量和稳态推力测量的差异。根据姿控发动机瞬态推力的测量特点,提出了一种动态数字滤波补偿法,采用辨识建模、动态补偿和计算机仿真相结合的手段,建立测量系统的动态数学模型,并根据瞬态推力测量的要求,设计了系统模型的动态补,偿数字滤波器,从而改善了系统的动态响应特性,达到姿控发动机瞬态推力测量的目的。采用此方法对某小型姿控固体火箭发动机瞬态推力进行了测量,测量处理结果表明：动态数字滤波补偿法应用于发动机瞬态推力的测量是行之有效的。     

氢氧膨胀循环发动机启动仿真研究

基于IRC方法对液体火箭发动机进行模块化建模,在此基础上搭建了闭式膨胀循环发动机启动仿真模型,对发动机的启动过程进行了研究。研究结果表明：仿真模型与试车数据吻合较好,仿真模型得到了验证,调节涡轮旁通阀的时序可以有效改善启动过程中燃烧室压力超调。     

液氧/甲烷膨胀循环发动机启动过程研究

针对某型氢氧膨胀循环发动机直接换甲烷技术可行性进行研究。在氢氧膨胀循环发动机系统构成的基础上,通过启动仿真计算分析液氧/甲烷膨胀循环发动机上的启动特性,确定试验方案,进行点火试验。依据试车数据,进行比较分析,对仿真模型进行修正,为后续液氧/甲烷膨胀循环发动机的研究奠定理论基础。     

基于系统辨识的冲压发动机动态模型分析

冲压发动机动态模型是研究控制系统的基础,动态模型的准确性直接影响控制方案的有效性.为了获得面向控制的高精度低阶动态模型,利用试验数据,理论分析传递函数模型,选择误差平方和最小作为辨识准则,并利用非线性最小二乘法对模型进行辨识,获得了燃油控制系统中燃油流量对燃油指令的传递函数模型.进而将该模型和发动机气路通道模型结合起来,建立了发动机推力对燃油流量的传递函数模型.辨识模型的时域特性曲线与试验数据符合得很好,能够代表发动机系统的主要动态特性.     

阀门控制腔放气时间的建模与仿真分析

为获得阀门控制腔放气时间的动态特性,建立了液体火箭发动机阀门控制腔放气时间的动态仿真模型,采用AMESim仿真技术进行仿真,仿真结果与试验结果相符.采用所建立的模型分析各种因素对阀门控制腔放气时间的影响,为后期阀门控制腔放气系统的优化奠定了基础.     

基于H回路成形的高速直升机控制器

为解决低空飞行时扰动复杂的问题,设计一种悬停/小速度模式下的双回路抗扰控制器。以复合共轴双旋 翼高速直升机为研究对象,构建全量非线性飞行动力学模型,基于高速直升机各状态量的时间尺度差异,结合H? 回路成形控制特点,采用鲁棒控制抑制干扰,运用最优控制完成姿态-位置双闭环控制器设计,并与经典PID 控制进 行对比仿真验证。仿真结果表明：该控制器对于风场的扰动具有较好的抑制作用,能够很好地实现稳定控制。     

超燃冲压发动机尾喷管性能数值模拟研究

尾喷管是超燃冲压发动机产生推力的一个重要部件。文中以NASA单膨胀斜面喷管试验为参考,利用计算流体力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型,对尾喷管流场进行了数值模拟,研究了入口气流状态参数(比热比、静压比、马赫数、温度)对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响,初步给出了尾喷管内流场特征以及性能随不同入口气流状态参数变化规律,为超燃冲压发动机尾喷管与燃烧室一体化设计提供一定理论参考。