[发明专利]面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法

说明书

本发明涉及一种面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其目的在于避免试验研究建立在压气机/航空发动机试车试验或历史试验数据上带来的高成本与高风险，通过数字仿真的方式验证消喘控制的有效性，设计一种用于消喘控制的全数字仿真试验方法以降低风险和成本，减轻测试资源和人力资源的负担，同时也为后续硬件在环仿真、半物理仿真提供条件。该方法包括以下步骤：（1）MG3模型与压气机部件参数的耦合关系；（2）喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法。建立含进退喘模拟的发动机实时模型；控制器根据实时模型进喘的运行参数，验证喘振信号检测算法，产生消喘控制指令，执行消喘控制，为航空发动机主动稳定控制研究提供条件。

技术领域

本发明涉及一种面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，属于航空发动机稳定性控制技术领域。

背景技术

当代高性能战斗机需要更快的飞行速度和更高的飞行高度，同时要保证灵活的机动性以及导弹武器的使用，对航空发动机的稳定性与抗畸变能力提出了更高的要求。而航空发动机的稳定性是在发动机使用过程中不可逾越的红线，是评价发动机气动性能的前提，对发动机的结构完整性和可靠性有着极其重要的影响。因此，稳定性问题将成为新一代航空发动机研制成败的关键问题和技术“瓶颈”。

喘振作为发动机的典型气动不稳定流态，是存在于整个压缩系统内的轴对称不稳定流动，表现为通过系统的流量和压气机出口压力等参数都随着时间在发动机轴向上作低频脉动。这种脉动使得发动机的效率和性能大大降低，不稳定气流微团的振动给压气机叶片附加额外的振动负荷，而气动失稳导致的涡轮前温度上升则给发动机叶片附加了额外的热负荷。振动负荷与热负荷大大加速了发动机的老化，缩短发动机使用寿命，增加了发动机的维护成本。在严重的情况下，还将引起发动机故障，从而导致灾难性的后果。所以消喘控制已成为现代航空发动机控制系统的一个重要组成部分。

消喘控制通常包括三个步骤：(1)判断发动机是否进入从喘振状态；(2)相关执行机构按一定逻辑采取措施，快速消除喘振；(3)使发动机恢复至喘振前的性能状态。针对喘振检测与消喘控制逻辑，国内已有部分研究但工程应用方面尚未成熟。

专利CN104239614A公开了一种压气机气动失稳信号的模拟方法，能够在数值模拟或解析数值模拟获得的少量气动失稳信号基础上，采用数乘变换、展缩变换、平移变换和时域叠加等运算，产生大量的涵盖不同频率、幅值、失速先兆模式等特征的气动失稳信号；但该方法首先依赖于气动失稳信号基础，另外也只能用于喘振检测算法的检验。专利CN203630543U公开了一种可用于发动机控制系统半物理模拟试验的喘振模拟装置，但该装置仅靠叶片间断切割进气管嘴组件和出气管嘴组件之间气流的通断来模拟发动机喘振，一是难以保证模拟是否准确，二是无法与消喘方法对应从而验证消喘控制逻辑。

发明内容

本发明提出的是一种面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，其目的在于避免试验研究建立在压气机/航空发动机试车试验或历史试验数据上带来的高成本与高风险，通过数字仿真的方式验证消喘控制的有效性，设计一种用于消喘控制的全数字仿真试验方法以降低风险和成本，减轻测试资源和人力资源的负担，同时也为后续硬件在环仿真、半物理仿真提供条件。

本发明的技术解决方案：

面向喘振检测和消喘控制验证的仿真模拟方法，包括以下步骤：

1)建立航空发动机部件级实时模型；

2)模型间的耦合；

3)喘振检测算法的验证；

4)退喘控制的验证。