[发明专利]用于变循环航空发动机加速过程的控制参数优化方法

说明书

本发明涉及一种用于变循环航空发动机加速过程的控制参数优化方法，其包括以下步骤，步骤1：建立航空发动机加速过程非线性模型；步骤2：根据航空发动机加速过程确定加速过程的最优化模型和约束函数；步骤3：根据智能优化算法计算航空发动机的最优控制点，实现加速过程的最优控制。本发明以航空发动机加速过程非线性模型为基础，通过建立发动机加速过程最优化模型和约束函数，建立航空发动机加速控制过程的最优化模型，并进一步通过智能算法实现发动机加速过程的最优控制，在保证发动机安全工作前提下，缩短发动机加速时间，有效改善发动机加速性能，提高飞机的机动性和灵活性。

技术领域

本申请涉及航空发动机控制技术领域，具体地涉及一种用于变循环航空发动机加速过程的控制参数优化方法。

背景技术

先进的航空发动机通常需要具备长航程亚声速巡航的能力，同时又要具备快速反应能力，未来变循环航空发动机将向长巡航里程、高推重比、宽工作范围三个方向不断发展。

通过研究常规发动机速度特性，研究者发现超声速状态下涡喷发动机具有较高的单位推力和较低的单位燃油消耗率，而亚声速状态下大涵道比涡扇发动机具有较低的单位燃油消耗率。考虑对推进系统的性能要求，涡扇发动机更加适合亚声速飞行，而涡喷发动机更适合超声速飞行。因此，便有了性能更好的变循环航空发动机。在发动机不同的工作状态下，通过采用调节特征部件的几何形状、物理位置或尺寸大小等不同的技术手段，将涡扇和涡喷两种不同的变循环航空发动机的性能优势集中一体，从而保证变循环航空发动机在亚声速巡航状态下以涡扇发动机类似构型工作，从而获得较高的经济性，在超声速状态下以涡喷发动机类似构型工作，从而获得持续可靠的高单位推力，达到了将涡扇、涡喷发动机的性能优势融为一体的目的，使变循环航空发动机在发动机工作全过程中均具有优良的性能。

由于存在对飞机的机动性要求非常高的情况，良好的机动性就要求发动机具有良好的加速性能。加速过程控制是航空发动机过渡态控制的一种，相较于发动机起动、接通/切断加力、减速控制，加速过程控制对发动机以及飞机性能的影响更为明显。发动机的加速过程直接影响重要飞行指标，如：加速、爬升和紧急着陆复飞等等。因此，研究发动机加速过程的最优控制模型，改善发动机加速性能具有重要意义。国内外在发动机加速过程的最优控制研究中虽然取得了一定成果，但也存在许多尚未解决的技术难题或待改进之处。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明以航空发动机加速过程非线性模型为基础，通过建立发动机加速过程最优化模型和约束函数，建立航空发动机加速控制过程的最优化模型，并进一步通过智能算法实现发动机加速过程的最优控制，在保证发动机安全工作前提下，缩短发动机加速时间，有效改善发动机加速性能，提高飞机的机动性和灵活性。

为实现上述目的，本发明所采用的解决方案为：

一种用于变循环航空发动机加速过程的控制参数优化方法，其包括以下步骤：

步骤1：建立航空发动机加速过程非线性模型；

所述变循环航空发动机加速过程非线性模型为：

[sfc F]^T＝f(x)＝f[W_f A₉ dvgl dvgh]^T；

式中：sfc表示燃油消耗率；F表示发动机推力；f表示产生系统输出的非线性向量函数；x表示控制参数变量；W_f表示调节主燃油流量；A₉表示尾喷管面积；dvgl表示风扇导叶角度；dvgh表示压气机导叶角度；

步骤2：根据航空发动机加速过程确定加速过程的最优化模型和约束函数；

步骤21：根据加速过程的约束条件建立发动机加速过程的多目标优化函数；

所述航空发动机加速过程的多目标优化函数为：