[发明专利]一种航空发动机喘振信号的气压模拟系统及其控制方法

说明书

本发明提出的是一种航空发动机喘振信号的气压模拟系统及其控制方法，其目的在于设计一种低成本、低风险、高置信度的喘振信号模拟系统，保证传感器参与试验的前提下，将实测的压气机喘振动态压力数字信号还原成真实的动态压力，实现宽范围脉动压力幅值及频率的气压和气压差模拟，真实再现各类发动机的喘振压力信号。其结构包括气压调控腔、充气阀组、放气阀组、高压气源及控制单元。气压调控腔包括内部结构完全一致的脉动调控腔和基准调控腔，保证了喘振检测装置的实验条件和工作条件的一致性。放气阀组包括放气比例阀、幅值调节比例阀和高频脉动旋转阀，利用阀组切换实现低频脉动气压精细模拟与高频脉动气压宽范围模拟。

技术领域

本发明涉及一种航空发动机喘振信号的气压模拟系统及其控制方法，可用于发动机控制系统半物理模拟试验，属于航空发动机气动稳定性控制技术领域。

背景技术

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，在严重的情况下，还将引起发动机故障甚至破坏，从而导致灾难性的后果，因此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。

消喘控制首先需要判别发动机是否进入喘振，因此喘振检测装置的有效性和可靠性对保障航空发动机稳定可靠运行有着重大意义。

目前工程上验证喘振检测装置有效性主要有两种方式：一是基于压气机逼喘试验或历史实验数据，直接验证喘振判定方法。然而压气机逼喘试验是一种高难度、高消耗、高风险和长周期的试验项目，难以对喘振检测装置进行多次验证。二是将逼喘的实验数据采取电信号模拟的方法，直接对控制系统输入一系列可变周期的脉冲信号来模拟发动机喘振，但发动机实际工况中的喘振本质为气流振荡，电信号难以保证符合实际喘振时的特征。此外，这两种方式均未有传感器的参与，只是单一的验证喘振检测的判断逻辑。

专利CN203630543U公开了一种喘振模拟装置，通过气流的通断来模拟发动机喘振，但控制气流通断仅能模拟喘振信号的频率特征，其脉动幅度、脉动规律无法控制；专利CN102636247A公开了一种压气机喘振检测装置的实验方法，通过气缸内气体体积的改变以产生接近数字信号的动态压力，该方法由于并未考虑活塞-气缸结构的限制，难以模拟出稳定的高频气压信号，具有一定局限性。

发明内容

本发明提出的是一种航空发动机喘振信号的气压模拟系统及其控制方法，其目的在于设计一种低成本、低风险、高置信度的喘振信号模拟系统，保证传感器参与试验的前提下，实现宽范围脉动压力幅值及频率的气压和气压差模拟，真实再现各类发动机的喘振压力信号，直接使用传感器数据对喘振检测装置验证其有效性。

本发明的技术解决方案：

一种航空发动机喘振信号的气压模拟系统，其结构包括气压调控腔、充气阀组、放气阀组、高压气源及控制单元。高压气源连通充气阀组，充气阀组通过开孔连接气压调控腔；气压调控腔开孔处连接放气阀组，放气阀组连通大气；

所述控制单元包括控制器、压力传感器组、阀组驱动板；压力传感器组与所述控制器通讯连接，控制器的信号输出端连接阀组驱动板的信号输入端；所述压力传感器组连接气压调控腔，检测气压调控腔的压力P_m；所述阀组驱动板信号输出端连接充气阀组和放气阀组的信号输入端。

气压调控腔包括脉动调控腔和基准调控腔；所述脉动调控腔与基准调控腔分别与充气阀组、放气阀组、压力传感器组相连通。

充气阀组包括充气比例阀1、充气开关阀3、基准充气比例阀7；放气阀组包括放气比例阀2、基准放气比例阀8以及脉动放气单元。高压气源通过充气比例阀1和充气开关阀3连接脉动调控腔，脉动调控腔通过放气比例阀2和脉动放气单元连通大气；高压气源通过基准充气比例阀7连接基准调控腔，基准调控腔通过基准放气比例阀8连通大气。