[发明专利]一种飞机进气道闭环流动控制装置和控制方法

说明书

技术领域

本发明属于喷气式飞机推进系统领域，具体涉及一种飞机进气道闭环流动控制装置和方法。

背景技术

喷气式飞机进气道的主要作用是为发动机提供总压损失小、流场畸变小和流场脉动弱的气流。进气道的气动性能对发动机推力、稳定性和耐久性有直接影响，进而影响到飞机的飞行性能。现代高隐身飞机普遍采用蛇形进气道，进气道的主要气动问题包括二次流动、分离流动及产生流动损失、畸变和脉动。利用流动控制技术减弱或抑制进气道的流动分离，可以显著提高进气道的气动性能。

现有的流动控制技术以被动方法为主，主要是在进气道内壁面安装扰流片，面临的问题是设计点单一、非设计点性能显著下降、扰流片疲劳破裂进而影响发动机安全。基于微射流的流动控制技术能够根据飞行状态进行闭环控制，能适应现代高性能隐身飞机宽广的飞行包线，达到最优控制。有关微射流的相关控制技术已在美国专利8894019B2、8303024B2、8225592B1、6837456B1上披露，但并未涉及进气道闭环流动控制应用。

美国曾提出一种基于微射流的闭环流动控制方法，其特征是：直接使用4个脉动压力均方根值计算有量纲的反馈值，使用单区PID控制律调节微射流压力，最终使反馈值与控制目标值的误差趋近于零。该控制方法主要存在以下两个问题。

1）通常，随着微射流压力的增大，脉动压力均方根值会不断减小，但是当微射流压力超过一个门限压力后，脉动压力均方根值会达到最小并且保持不变，直接使用脉动压力均方根值计算的反馈值也会达到最小并且保持不变。这个门限压力就是最佳微射流压力。当微射流压力超过门限压力后，控制系统达到的控制效果是一样的。此时，一旦控制系统存在超调，就会导致微射流稳定到高压力的状态，从而造成能量浪费。此外，有量纲的反馈值对飞行状态参数比较敏感，不利于机动状态下的控制律设计。试验表明，该方法在机动状态下的控制误差很大。

2）从系统可靠性角度看，该方法使用了四个脉动压力传感器，且未考虑冗余设计，因此系统可靠性不高。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供了一种飞机进气道闭环流动控制装置，本发明要解决的另一个技术问题是提供了一种飞机进气道闭环流动控制方法。

本发明的飞机进气道闭环流动控制装置，其特点是，包括包括微射流调压阀、信号处理器、实时控制器、第一传感器和脉动压力传感器。

微射流调压阀的进气端与发动机的引气口相连，出气端与微射流的稳压腔相连，稳压腔位于进气道的外表面上。

脉动压力传感器的数量为m，m≥2，安装在进气道的出口截面上，用于测量壁面不同位置处的脉动压力，得到脉动压力信号并输出至信号处理器；所述的第一传感器的数量为n，n≥2，安装在稳压腔的内壁面上，用于测量微射流的压力，得到微射流压力信号并输出至信号处理器。

信号处理器包括信号调理器、低通滤波器、带通滤波器和均方根计算器；第一传感器的微射流压力信号经信号调理器放大、低通滤波器低通滤波后输出至实时控制器的输入端；脉动压力传感器的脉动压力信号经信号调理器放大、带通滤波器带通滤波、均方根计算器计算均方根后，输出至实时控制器的输入端。

实时控制器包括输入端、输出端、处理器和存储器；输入端接收飞控系统发出的飞行状态参数、信号处理器发出的微射流压力信号和脉动压力均方根信号，并转化为数字信号；处理器读取输入端的数字信号，同时将数字信号保存在存储器中，处理器利用存储器中的第一传感器故障判断程序、脉动压力传感器故障判断程序、反馈计算程序、控制目标计算程序、稳态判断程序、分区PID控制程序计算控制指令并输出至输出端；输出端将控制指令的数字信号转换为模拟信号后输出至微射流调压阀。

信号处理器为每一个微射流压力信号和脉动压力信号各分派一个独立的处理通道。

飞行状态参数包括飞行速度、飞机姿态、飞行高度。

第一传感器每次使用1个，剩余的第一传感器为备份。

脉动压力传感器每次使用1~2个，剩余的脉动压力传感器为备份。

本发明的飞机进气道闭环流动控制方法，其特点是，包括以下步骤：

a. 判断第一传感器故障