[發明專利]用于變循環航空發動機加速過程的控制參數優化方法

在審

• 申請號: 202211270310.6
• 申請日: 2022-10-18
• 公開（公告）號: CN115470575A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 曲政龍
• 申請（專利權）人: 中國航空綜合技術研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04;G06F111/06;G06F111/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 王冬杰

本發明涉及一種用于變循環航空發動機加速過程的控制參數優化方法，其包括以下步驟，步驟1：建立航空發動機加速過程非線性模型；步驟2：根據航空發動機加速過程確定加速過程的最優化模型和約束函數；步驟3：根據智能優化算法計算航空發動機的最優控制點，實現加速過程的最優控制。本發明以航空發動機加速過程非線性模型為基礎，通過建立發動機加速過程最優化模型和約束函數，建立航空發動機加速控制過程的最優化模型，并進一步通過智能算法實現發動機加速過程的最優控制，在保證發動機安全工作前提下，縮短發動機加速時間，有效改善發動機加速性能，提高飛機的機動性和靈活性。

技術領域

本申請涉及航空發動機控制技術領域，具體地涉及一種用于變循環航空發動機加速過程的控制參數優化方法。

背景技術

先進的航空發動機通常需要具備長航程亞聲速巡航的能力，同時又要具備快速反應能力，未來變循環航空發動機將向長巡航里程、高推重比、寬工作范圍三個方向不斷發展。

通過研究常規發動機速度特性，研究者發現超聲速狀態下渦噴發動機具有較高的單位推力和較低的單位燃油消耗率，而亞聲速狀態下大涵道比渦扇發動機具有較低的單位燃油消耗率。考慮對推進系統的性能要求，渦扇發動機更加適合亞聲速飛行，而渦噴發動機更適合超聲速飛行。因此，便有了性能更好的變循環航空發動機。在發動機不同的工作狀態下，通過采用調節特征部件的幾何形狀、物理位置或尺寸大小等不同的技術手段，將渦扇和渦噴兩種不同的變循環航空發動機的性能優勢集中一體，從而保證變循環航空發動機在亞聲速巡航狀態下以渦扇發動機類似構型工作，從而獲得較高的經濟性，在超聲速狀態下以渦噴發動機類似構型工作，從而獲得持續可靠的高單位推力，達到了將渦扇、渦噴發動機的性能優勢融為一體的目的，使變循環航空發動機在發動機工作全過程中均具有優良的性能。

由于存在對飛機的機動性要求非常高的情況，良好的機動性就要求發動機具有良好的加速性能。加速過程控制是航空發動機過渡態控制的一種，相較于發動機起動、接通/切斷加力、減速控制，加速過程控制對發動機以及飛機性能的影響更為明顯。發動機的加速過程直接影響重要飛行指標，如：加速、爬升和緊急著陸復飛等等。因此，研究發動機加速過程的最優控制模型，改善發動機加速性能具有重要意義。國內外在發動機加速過程的最優控制研究中雖然取得了一定成果，但也存在許多尚未解決的技術難題或待改進之處。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明以航空發動機加速過程非線性模型為基礎，通過建立發動機加速過程最優化模型和約束函數，建立航空發動機加速控制過程的最優化模型，并進一步通過智能算法實現發動機加速過程的最優控制，在保證發動機安全工作前提下，縮短發動機加速時間，有效改善發動機加速性能，提高飛機的機動性和靈活性。

為實現上述目的，本發明所采用的解決方案為：

一種用于變循環航空發動機加速過程的控制參數優化方法，其包括以下步驟：

步驟1：建立航空發動機加速過程非線性模型；

所述變循環航空發動機加速過程非線性模型為：

[sfc F]^T＝f(x)＝f[W_f A₉ dvgl dvgh]^T；

式中：sfc表示燃油消耗率；F表示發動機推力；f表示產生系統輸出的非線性向量函數；x表示控制參數變量；W_f表示調節主燃油流量；A₉表示尾噴管面積；dvgl表示風扇導葉角度；dvgh表示壓氣機導葉角度；

步驟2：根據航空發動機加速過程確定加速過程的最優化模型和約束函數；

步驟21：根據加速過程的約束條件建立發動機加速過程的多目標優化函數；

所述航空發動機加速過程的多目標優化函數為：