[發明專利]面向喘振檢測和消喘控制驗證的仿真模擬方法

有效

• 申請號: 202011273085.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112594062B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張興龍;張天宏;袁元;盛漢霖;黃向華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C7/00;F04D27/00;F04D27/02;G06F30/20
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 嚴海晨

本發明涉及一種面向喘振檢測和消喘控制驗證的仿真模擬方法，其目的在于避免試驗研究建立在壓氣機/航空發動機試車試驗或歷史試驗數據上帶來的高成本與高風險，通過數字仿真的方式驗證消喘控制的有效性，設計一種用于消喘控制的全數字仿真試驗方法以降低風險和成本，減輕測試資源和人力資源的負擔，同時也為后續硬件在環仿真、半物理仿真提供條件。該方法包括以下步驟：（1）MG3模型與壓氣機部件參數的耦合關系；（2）喘振檢測和消喘控制驗證的仿真模擬方法。建立含進退喘模擬的發動機實時模型；控制器根據實時模型進喘的運行參數，驗證喘振信號檢測算法，產生消喘控制指令，執行消喘控制，為航空發動機主動穩定控制研究提供條件。

技術領域

本發明涉及一種面向喘振檢測和消喘控制驗證的仿真模擬方法，屬于航空發動機穩定性控制技術領域。

背景技術

當代高性能戰斗機需要更快的飛行速度和更高的飛行高度，同時要保證靈活的機動性以及導彈武器的使用，對航空發動機的穩定性與抗畸變能力提出了更高的要求。而航空發動機的穩定性是在發動機使用過程中不可逾越的紅線，是評價發動機氣動性能的前提，對發動機的結構完整性和可靠性有著極其重要的影響。因此，穩定性問題將成為新一代航空發動機研制成敗的關鍵問題和技術“瓶頸”。

喘振作為發動機的典型氣動不穩定流態，是存在于整個壓縮系統內的軸對稱不穩定流動，表現為通過系統的流量和壓氣機出口壓力等參數都隨著時間在發動機軸向上作低頻脈動。這種脈動使得發動機的效率和性能大大降低，不穩定氣流微團的振動給壓氣機葉片附加額外的振動負荷，而氣動失穩導致的渦輪前溫度上升則給發動機葉片附加了額外的熱負荷。振動負荷與熱負荷大大加速了發動機的老化，縮短發動機使用壽命，增加了發動機的維護成本。在嚴重的情況下，還將引起發動機故障，從而導致災難性的后果。所以消喘控制已成為現代航空發動機控制系統的一個重要組成部分。

消喘控制通常包括三個步驟：(1)判斷發動機是否進入從喘振狀態；(2)相關執行機構按一定邏輯采取措施，快速消除喘振；(3)使發動機恢復至喘振前的性能狀態。針對喘振檢測與消喘控制邏輯，國內已有部分研究但工程應用方面尚未成熟。

專利CN104239614A公開了一種壓氣機氣動失穩信號的模擬方法，能夠在數值模擬或解析數值模擬獲得的少量氣動失穩信號基礎上，采用數乘變換、展縮變換、平移變換和時域疊加等運算，產生大量的涵蓋不同頻率、幅值、失速先兆模式等特征的氣動失穩信號；但該方法首先依賴于氣動失穩信號基礎，另外也只能用于喘振檢測算法的檢驗。專利CN203630543U公開了一種可用于發動機控制系統半物理模擬試驗的喘振模擬裝置，但該裝置僅靠葉片間斷切割進氣管嘴組件和出氣管嘴組件之間氣流的通斷來模擬發動機喘振，一是難以保證模擬是否準確，二是無法與消喘方法對應從而驗證消喘控制邏輯。

發明內容

本發明提出的是一種面向喘振檢測和消喘控制驗證的仿真模擬方法，其目的在于避免試驗研究建立在壓氣機/航空發動機試車試驗或歷史試驗數據上帶來的高成本與高風險，通過數字仿真的方式驗證消喘控制的有效性，設計一種用于消喘控制的全數字仿真試驗方法以降低風險和成本，減輕測試資源和人力資源的負擔，同時也為后續硬件在環仿真、半物理仿真提供條件。

本發明的技術解決方案：

面向喘振檢測和消喘控制驗證的仿真模擬方法，包括以下步驟：

1)建立航空發動機部件級實時模型；

2)模型間的耦合；

3)喘振檢測算法的驗證；

4)退喘控制的驗證。