[发明专利]一种空天组合动力射流预冷两相流控制方法

说明书

本申请属于航空发动机变量控制领域，特别涉及一种空天组合动力射流预冷两相流控制方法。本申请的空天组合动力射流预冷两相流控制方法，利用喷嘴进、出口的压力传感器计算出压差作为反馈，实现体积流量反馈；再利用喷嘴进口温度和压力传感器的采集值，结合两相流温度‑压力‑密度关系，计算出两相流密度；最终实现质量流量的精确控制；喷嘴进、出口压力和喷嘴进口温度既可以很好反馈水系统运行状态，且易于测量，惯性较小，而且压力传感器利用率高，结构简单，可靠性高。

技术领域

本申请属于航空发动机变量控制领域，特别涉及一种空天组合动力射流预冷两相流控制方法。

背景技术

近年来，国内外在涡轮发动机射流预冷扩包线方面开展了大量研究，即在进气道加装喷水预冷装置，向进气道中喷入雾化的液态水，通过水蒸发吸热，降低发动机进口总温。航空发动机控制计划依据发动机进口总温进行换算修正，射流预冷控制系统将发动机进口总温作为反馈调节参数调节冷却水量。因喷入进气道的液态水不完全蒸发和汽化，进气道中工作介质由空气变为空气和水蒸气的混合气，甚至有部分未蒸发的液态水滴颗粒，两相流流场复杂，质量流量控制精度不高。

目前航空发动机射流预冷通过两种方法实现水汽两相流，一种是由水流量计量活门组件、压差活门组件、控制阀、LVDT组成，见图1。但该方法形成的两相流流场复杂，水的密度变化明显，利用阀门开度作为反馈信号很难直接与质量流量建立关系，特别是动态关系，这种体积流量控制方法，在质量流量控制上适应性不足。另外，溶解在水中的部分杂质无法通过水滤去除，会使得压差活门等复杂液压元件的可靠性有所降低。另一种方法是由水流量执行活门、控制阀、流量传感器组成，但是该方法形成的两相流流量测量精度极低，而且流量传感器惯性响应很慢，动态控制品质较差，见图2。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种空天组合动力射流预冷两相流控制方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种空天组合动力射流预冷两相流控制方法，包括：

步骤一、进行离线特性标定，得到喷嘴和两相流管路前、后的压差ΔP与体积流量W_wv的标定关系，以及水和水蒸汽的热力学物性参数关系；

步骤二、设定外环发动机进口温度为闭环控制的控制目标T₂_dem，发动机进口温度传感器实时采集到并反馈给电子控制器的温度为T₂，由目标值与传感器反馈值做差得到控制偏差e，并根据PID算法得到内环控制目标Ww_dem；

步骤三、根据喷嘴和两相流管路前、后的压力P_in和P_out作为输入，根据喷嘴和两相流管路前、后的压差ΔP与体积流量W_wv的标定关系，实时计算出体积流量W_wv；

步骤四、电子控制器利用喷嘴和两相流管路前温度T_in和压力P_in作为输入，判断水和水蒸气的状态，并根据水和水蒸汽的热力学物性参数关系，计算两相流密度ρ(T,P)；

步骤五、通过体积流量和两相流密度的乘积计算得到质量流量W_w：

W_w＝W_wv·ρ(T,P)

步骤六、根据内环控制目标Ww_dem以及质量流量W_w计算出控制偏差E，并根据PID算法得到控制阀的输入量PWM；

步骤七、执行活门按照PWM信号作动，控制计量活门开度，实时调节两相流状态水流量。