[發(fā)明專利]一種半實(shí)物仿真用試驗(yàn)臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合性能模型建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110542884.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN113341760B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常軍濤;全福旭;姜渭宇;卞加明;聶聆聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);北京動(dòng)力機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發(fā)明是一種半實(shí)物仿真用試驗(yàn)臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合性能模型建模方法。本發(fā)明涉及工程系統(tǒng)建模技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明通過建立總閥門數(shù)學(xué)模型給定的壓力入口和背壓以及閥門開度確定出口的的流量和閥門后總壓、總壓損失系數(shù)以及速度系數(shù)；建立加熱器模型，通過酒精的釋熱和氣體的溫升確定酒精燃燒后的加熱器溫度；確定發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)耦合模型的PID控制器參數(shù)，確定總溫試驗(yàn)臺(tái)的傳遞函數(shù)，并對(duì)控制器所用參數(shù)進(jìn)行整定。本發(fā)明的建模和控制策略既兼顧了模型計(jì)算的快速性，又利用壓力和流量的積分關(guān)系計(jì)算保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性，為部署在硬件上并進(jìn)一步進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程系統(tǒng)建模技術(shù)領(lǐng)域，是一種半實(shí)物仿真用試驗(yàn)臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合性能模型建模方法。

背景技術(shù)

超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為是大氣層內(nèi)高超聲速飛行器的理想推進(jìn)裝置，具有遠(yuǎn)距離、高比沖、高馬赫巡航和單級(jí)入軌等優(yōu)點(diǎn)，在空間運(yùn)輸和武器裝備方面有廣泛的應(yīng)用前景，引起了許多國(guó)家的極大興趣。隨著近來各國(guó)科研力量上的投入，對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究越來越廣泛和深入。

目前，對(duì)于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究方法主要有數(shù)值模擬、地面試驗(yàn)與飛行試驗(yàn)三種方法，其中飛行試驗(yàn)成本較高，實(shí)施比較困難。而地面實(shí)驗(yàn)手段就成為了進(jìn)行超燃研究的重要手段。在發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中為了盡可能的模擬高空來流的氣流環(huán)境，可通過直連式發(fā)動(dòng)機(jī)高空實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，為了研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)的輸出的氣流參數(shù)特性和試驗(yàn)臺(tái)的控制器參數(shù)設(shè)計(jì)就需要搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)的數(shù)學(xué)模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為提供一種半實(shí)物仿真用試驗(yàn)臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合性能模型建模方法，其具有更高精度和實(shí)時(shí)性的模型，可分析試驗(yàn)臺(tái)和發(fā)動(dòng)機(jī)耦合過程的變化情況，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的準(zhǔn)確控制。，本發(fā)明提供了一種半實(shí)物仿真用試驗(yàn)臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合性能模型建模方法，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種半實(shí)物仿真用試驗(yàn)臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合性能模型建模方法，包括以下步驟：

步驟1：通過建立總閥門數(shù)學(xué)模型給定的壓力入口和背壓以及閥門開度確定出口的的流量和閥門后總壓、總壓損失系數(shù)以及速度系數(shù)；

步驟2：建立加熱器模型，通過酒精的釋熱和氣體的溫升確定酒精燃燒后的加熱器溫度；

步驟3：確定發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)耦合模型的PID控制器參數(shù)，確定總溫試驗(yàn)臺(tái)的傳遞函數(shù)，并對(duì)控制器所用參數(shù)進(jìn)行整定。

優(yōu)選地，所述步驟1具體為：

步驟1.1：

設(shè)定一個(gè)總壓損失系數(shù)，根據(jù)設(shè)定的總壓損失系數(shù)，計(jì)算得到氣動(dòng)函數(shù)π(λ)，根據(jù)氣動(dòng)函數(shù)π(λ)得到速度系數(shù)λ，由速度系數(shù)λ求解得到流量系數(shù)q(λ)，確定閥門過程造成的總壓損失系數(shù)，根據(jù)總壓損失系數(shù)確定出口的參數(shù)，通過下式表示總壓損失系數(shù)：

由總壓損失系數(shù)，總溫，流量系q(λ)得到流量，根據(jù)流量計(jì)算得到總壓損失系數(shù)，由得到的總壓損失繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算迭代直到計(jì)算得到收斂的結(jié)果；

步驟1.2：在主閥門的開度信號(hào)和流量給定的情況下計(jì)算得出主路閥門后的總壓，在計(jì)算時(shí)，首先計(jì)算總壓恢復(fù)系數(shù)，閥門的總壓恢復(fù)系數(shù)與總壓、總溫、流量和閥門開度有關(guān)，因此通過輸入?yún)?shù)直接求解出閥門后總壓恢復(fù)系數(shù)，即求解出閥門后總壓，通過下式表示閥門后總壓：

根據(jù)進(jìn)入閥門的總壓和流量以及閥門開度等參數(shù)計(jì)算得出閥門造成的總壓損失，進(jìn)而計(jì)算得出閥門的出口總壓。

優(yōu)選地，所述步驟2具體為：

在加熱器中為了模擬飛行器高速飛行時(shí)的高焓氣體來流，需要提高來流氣體的總溫，選用酒精在加熱器中燃燒放熱提高氣流的總焓，建立加熱器模型；

假定空氣組分為79％的氮?dú)夂?1％的氧氣將空氣中其他不參與反應(yīng)的氣體同一歸入氮?dú)猓?/p>