【摘 要】
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涡扇发动机可通过开启加力燃烧室,在短时间内额外获得大量推力,以满足爬升、复飞、机动等性能需要。为保证加力过程中发动机的安全运行,需精准调控尾喷管喉道面积,保障尾喷管面积与加力燃油量的匹配。然而现有尾喷管面积控制参数的制定,忽略了调节装置的机-电-液信息以及调节装置与发动机本体的耦合特性。应用于试验调试时,尾喷管面积调控性能达不到预期指标,需在试验台架上现场调节控制参数,极大的增加了研发成本。为此,
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涡扇发动机可通过开启加力燃烧室,在短时间内额外获得大量推力,以满足爬升、复飞、机动等性能需要。为保证加力过程中发动机的安全运行,需精准调控尾喷管喉道面积,保障尾喷管面积与加力燃油量的匹配。然而现有尾喷管面积控制参数的制定,忽略了调节装置的机-电-液信息以及调节装置与发动机本体的耦合特性。应用于试验调试时,尾喷管面积调控性能达不到预期指标,需在试验台架上现场调节控制参数,极大的增加了研发成本。为此,本文建立了尾喷管调节装置与涡扇发动机本体的集成仿真平台,全面考虑调节装置机-电-液信息以及发动机耦合动态特性来研究涡扇发动机的加力特性、制定具有高保真度的加力调控算法。具体工作如下:（1）加力涡扇发动机部件级建模:基于容积惯性法建立了某型小涵道比涡扇发动机的部件级仿真模型,并结合加力过程供油规律经迭代计算得到了喷管面积与飞行工况、加力燃烧室供油量之间的匹配曲线,实现了涡扇发动机加力过程的模拟仿真。在此基础上,进一步探讨了喷管面积延迟调节、超量调节等不当调节行为对涡扇发动机工作状态的影响,给出了喷管面积调控的参考性能指标。（2）基于机-电-液信息耦合的集成仿真建模:利用AMESim、Adams、Matlab仿真软件分别建立了喷管面积调节装置的液压伺服系统模型、机械运动学模型、控制器模型。并以基于接口的集成仿真技术实现了各子模型的参数传递,搭建起喷管调节装置与涡扇发动机本体共同工作的集成仿真平台。（3）基于集成仿真平台的加力特性研究:借助集成仿真平台进行发动机加力过程仿真研究,通过对比分析指出,忽略机-电-液耦合信息进行制定控制参数存在不足,会导致喷管面积调控性能偏离预期指标;基于集成仿真平台进行制定控制算法具有高保真度,更适用于实际调控。（4）加力过程控制策略优化:基于集成仿真模型开展了线性自抗扰控制算法在加力过程尾喷管面积调控中的应用,实现了喷管无超量调控,具备较强的抗干扰性,适用于大范围工况,从控制算法层面优化了控制策略;提出了采用线性自抗扰算法闭环控制加力燃油量,开环控制尾喷管面积的加力过程控制策略,从根本上避免了发动机喘振故障的发生,具有较强的实用性。
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