[發(fā)明專利]用于變循環(huán)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的控制參數(shù)優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211270310.6
• 申請(qǐng)日: 2022-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115470575A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲政龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04;G06F111/06;G06F111/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京孚睿灣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

1.一種用于變循環(huán)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的控制參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟1：建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程非線性模型；

所述變循環(huán)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程非線性模型為：

[sfc F]^T＝f(x)＝f[W_f A₉ dvgl dvgh]^T；

式中：sfc表示燃油消耗率；F表示發(fā)動(dòng)機(jī)推力；f表示產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的非線性向量函數(shù)；x表示控制參數(shù)變量；W_f表示調(diào)節(jié)主燃油流量；A₉表示尾噴管面積；dvgl表示風(fēng)扇導(dǎo)葉角度；dvgh表示壓氣機(jī)導(dǎo)葉角度；

步驟2：根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程確定加速過(guò)程的最優(yōu)化模型和約束函數(shù)；

步驟21：根據(jù)加速過(guò)程的約束條件建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)；

所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)為：

式中：J₁表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程第一目標(biāo)函數(shù)；J₂表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程第二目標(biāo)函數(shù)；n_Hd表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子期望轉(zhuǎn)速；n_H表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速；T_t4d表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪前期望溫度；T_t4表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪前實(shí)際溫度；t表示發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間；min表示極小值；

步驟22：采用線性加權(quán)法將多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，來(lái)確定尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，為：

式中：J表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程單目標(biāo)函數(shù)；ω_a表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程第一目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重系數(shù)；ω_b表示航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程第二目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重系數(shù)；

步驟23：對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程單目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行離散化和歸一化處理；最終確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程單目標(biāo)函數(shù)為：

式中：n_H(k)表示第k次迭代的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；T_t4(k)表示第k次迭代的航空發(fā)動(dòng)機(jī)溫度；k表示優(yōu)化過(guò)程的迭代次數(shù)；

步驟24：參照目標(biāo)函數(shù)的形式，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)約束條件進(jìn)行離散化和歸一化處理，構(gòu)造用于滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)的約束條件，建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速控制過(guò)程的最優(yōu)化模型，為：

式中：R⁴表示四維實(shí)數(shù)向量；ω表示約束函數(shù)的權(quán)重調(diào)整系數(shù)矩陣；g(x)表示約束函數(shù)矩陣；

步驟3：計(jì)算航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)加速過(guò)程的最優(yōu)控制；

確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)化模型的控制變量初始值；構(gòu)造控制變量速度和控制變量位置的迭代關(guān)系，獲得航空發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)化模型的最優(yōu)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變循環(huán)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的最優(yōu)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變循環(huán)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程的控制參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，在所述步驟21中，所述加速過(guò)程的約束條件包括：渦輪前溫度不超溫、高壓壓氣機(jī)不喘振、風(fēng)扇不喘振、高壓轉(zhuǎn)子不超轉(zhuǎn)、風(fēng)扇不超轉(zhuǎn)、燃燒室不富油熄火和主燃燒室供油量不超過(guò)其最大供油量，具體為：

所述渦輪前溫度不超溫的約束條件為T(mén)_t4＜T_t4max；所述高壓壓氣機(jī)不喘振的約束條件為SMC≥SMC_min；所述風(fēng)扇不喘振的約束條件為SMF≥SMF_min；所述高壓轉(zhuǎn)子不超轉(zhuǎn)的約束條件為n_H≤n_Hmax；所述風(fēng)扇不超轉(zhuǎn)的約束條件為n_F≤n_Fmax；所述燃燒室不富油熄火的約束條件為R_OG≤R_OGmax；所述主燃燒室供油量不超過(guò)其最大供油量的約束條件為W_f≤W_fmax；其中SMC表示高壓壓氣機(jī)喘振裕度，SMF表示風(fēng)扇喘振裕度，R_OG表示油氣比，W_f表示主燃燒室供油量，下標(biāo)min和max分別表示該量的最小值和最大值。