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超燃冲压发动机推力控制系统设计

高耸  
【摘要】:随着飞行器的不断追求更快的速度,超燃冲压发动机的应用也日益广泛。超燃冲压发动机工作时会面临很复杂的环境,而且工作马赫数范围很宽,因此设计一个有效的控制系统,是保证发动机正常运行的关键。本文中的超燃冲压发动机采用多点喷入燃油,通过发动机燃烧、做功从而提供推力。本文以超燃冲压发动机的推力为反馈量,控制多点的燃油分配,设计了超燃冲压发动机推力控制系统。并用地面试验台搭建了发动机推力测量系统,进行了点火试验。主要研究内容如下: 根据发动机的燃烧机理建立了发动机的一维模型,包括发动机的前体、进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管模型,接着计算出发动机的推力。为了说明发动机的工作特性,在Simulink中搭建了一维燃烧室模型。因为采用多点燃烧,所以需要考虑各点燃油分配量,从而在同样的燃油下获得最大的推力。根据发动机输出推力在很短时间稳定的特点,得到发动机在不同马赫下推力随单点喷油的燃油量之间的关系,并进行了相应的计算与分析。 本文在发动机地面试验台上搭建了推力测量系统。首先介绍了试验台的组成、推力测量的原理,计算了试验台摩擦力。并设计了推力信号采集电路。发动机试验台受力分析分为静态和动态两种情况,静态情况下,分析了受力,并进行了推力标定。动态情况下,进行了点火试验,并分析发动机真实工作特点。 本文根据建立的发动机模型,进行了控制系统设计。采用了双回路闭环设计。内回路为燃油控制回路,分析了燃油调节阀的开环特性,进行了闭环控制。为了验证控制的效果,进行了实际试验。外环控制时首先分析了未补偿推力系统特性,并分析了发动机的不确定性。设计了闭环控制器并分析控制结果。 为了验证控制系统的作用,进行了半实物仿真。采用DSP开发板作为下位机控制器,以PC机中燃烧室模型为控制对象。通过Simulink和CCS3.0的连接进行了发动机控制的半实物仿真。


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