[發(fā)明專利]一種變推力發(fā)動機(jī)壓力反饋控制參數(shù)自整定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110450193.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113236443B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段鑫;陳井剛;劉曉麗;錢鳴;孫長宏;彭文博
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新力動力設(shè)備研究所
• 主分類號: F02K9/08
• 分類號: F02K9/08;F02K9/86;F02K9/96
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發(fā)明一種變推力發(fā)動機(jī)壓力反饋控制參數(shù)自整定方法，由壓力傳感器對固體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室壓力進(jìn)行實(shí)時采集后，經(jīng)過反饋比較環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)測壓力與目標(biāo)壓力的偏差量，給出合適的控制輸出量，使發(fā)動機(jī)燃燒室工作壓力穩(wěn)定在目標(biāo)壓力附近或跟隨目標(biāo)壓力變化，通過控制發(fā)動機(jī)工作壓力對固體推進(jìn)劑燃燒狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)推力調(diào)節(jié)和系統(tǒng)能量管理。固體發(fā)動機(jī)壓力變化受到喉部面積、裝藥燃速、裝藥燃面等多因素耦合的影響，壓力反饋控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性時變系統(tǒng)，壓力控制參數(shù)與系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時關(guān)聯(lián)。本發(fā)明專利提出了一種變推力發(fā)動機(jī)反饋控制參數(shù)自調(diào)節(jié)方法，有效實(shí)現(xiàn)固體發(fā)動機(jī)壓力穩(wěn)定控制，經(jīng)驗(yàn)證壓力控制偏差量小于2％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變推力發(fā)動機(jī)燃燒室壓力控制參數(shù)整定方法，屬于變推力固體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

固體火箭發(fā)動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為武器系統(tǒng)的重要動力裝置。變推力發(fā)動機(jī)是一種能夠根據(jù)導(dǎo)彈飛行狀態(tài)和工作要求進(jìn)行推力調(diào)節(jié)的固體發(fā)動機(jī)。導(dǎo)彈飛行時發(fā)動機(jī)推力無法直接獲得，在進(jìn)行推力調(diào)節(jié)過程中推力不受控，屬于開環(huán)調(diào)節(jié)，固體發(fā)動機(jī)工作受到環(huán)境溫度、喉部燒蝕、推進(jìn)劑燃速變化等多種因素耦合影響，預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)量與實(shí)際輸出推力無法準(zhǔn)確對應(yīng)，根據(jù)固體發(fā)動機(jī)推力壓力的相關(guān)性，引入壓力反饋控制后進(jìn)行推力調(diào)節(jié)，喉部動態(tài)變化過程中維持燃燒室壓力穩(wěn)定在安全范圍，保證發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完整，補(bǔ)償溫度變化和燒蝕影響。針對復(fù)雜的非線性時變系統(tǒng)，系統(tǒng)控制參數(shù)在發(fā)動機(jī)不同的工作狀態(tài)下具有自調(diào)節(jié)能力，從而實(shí)現(xiàn)燃燒室壓力的穩(wěn)定跟隨和推力隨控調(diào)節(jié)。

目前，在變推力發(fā)動機(jī)推力、壓力調(diào)節(jié)過程中，主要有以下問題：

1、推力調(diào)節(jié)精度低。喉部面積動態(tài)調(diào)節(jié)時燃燒室壓力和發(fā)動機(jī)推力呈非線性變化規(guī)律，同時受到環(huán)境溫度、結(jié)構(gòu)燒蝕等多因素的耦合影響，設(shè)定的喉部調(diào)節(jié)量與對應(yīng)的推力變化量偏差大。

2、調(diào)節(jié)性能隨發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)變化大。發(fā)動機(jī)在工作過程中推進(jìn)劑逐漸消耗，自由容積逐漸增大，導(dǎo)致推力壓力響應(yīng)時間逐漸增大，在不同的初始喉部開度下對應(yīng)不同初始工作壓力，相同的控制參數(shù)下推力、壓力動態(tài)振蕩量與穩(wěn)態(tài)控制誤差變化大。

3、結(jié)構(gòu)完整可靠性降低。喉部調(diào)節(jié)時壓力動態(tài)變化，在各種擾動的影響下容易導(dǎo)致燃燒室壓力過高，破環(huán)結(jié)構(gòu)完整性，難以滿足武器系統(tǒng)安全可靠的工作要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對變推力固體火箭發(fā)動機(jī)壓力反饋調(diào)節(jié)過程中，相同的控制參數(shù)下推力、壓力動態(tài)振蕩量與穩(wěn)態(tài)控制誤差變化大的問題，提出一種發(fā)動機(jī)壓力反饋控制參數(shù)自整定方法，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)變化對控制參數(shù)進(jìn)行自調(diào)節(jié)，保證變推力固體發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完整可靠、工作性能安全穩(wěn)定。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種變推力發(fā)動機(jī)壓力反饋控制參數(shù)自整定方法，包括下列步驟：

(1)制定發(fā)動機(jī)反饋壓力判讀方式；設(shè)置變推力發(fā)動機(jī)最大調(diào)節(jié)壓力與對應(yīng)推力，采用多傳感器、多測量點(diǎn)冗余測量發(fā)動機(jī)工作壓力，選擇測試數(shù)據(jù)一致或接近的部分?jǐn)?shù)據(jù)，去除偏差較大的數(shù)據(jù)，取測試平均值作為當(dāng)前狀態(tài)反饋量；

(2)根據(jù)控制精度和最低控制壓力設(shè)定控制死區(qū)值；

(3)對變推力發(fā)動機(jī)壓力進(jìn)行反饋控制。

所述步驟(1)的具體過程為：

設(shè)置多個測壓點(diǎn)和傳感器，各傳感器測試數(shù)據(jù)兩兩求差值，去除測試數(shù)據(jù)相差最大的兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)，其余數(shù)據(jù)點(diǎn)取平均值作為反饋壓力數(shù)據(jù)。

所述步驟(2)的具體過程為：設(shè)計允許的壓力最大控制偏差量，當(dāng)由壓力傳感器反饋的壓力值與控制器測量得到的目標(biāo)壓力值的偏差量大于允許的壓力最大控制偏差量，則進(jìn)入步驟(3)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；否則為控制死區(qū)，不進(jìn)行調(diào)節(jié)，返回步驟(1)，繼續(xù)下一步循環(huán)調(diào)節(jié)。

所述步驟(3)的具體過程為：