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小型涡扇发动机燃油控制规律

苏志刚 张凌霄 邓甜

苏志刚, 张凌霄, 邓甜等 . 小型涡扇发动机燃油控制规律[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(12): 2555-2562. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0829
引用本文: 苏志刚, 张凌霄, 邓甜等 . 小型涡扇发动机燃油控制规律[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(12): 2555-2562. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0829
SU Zhigang, ZHANG Lingxiao, DENG Tianet al. Fuel control law of small size turbofan engine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12): 2555-2562. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0829(in Chinese)
Citation: SU Zhigang, ZHANG Lingxiao, DENG Tianet al. Fuel control law of small size turbofan engine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12): 2555-2562. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0829(in Chinese)

小型涡扇发动机燃油控制规律

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0829
基金项目: 

国家自然科学基金 51506216

中央高校基本科研业务费专项资金 ZXH2012H001

详细信息
    作者简介:

    张凌霄, 男, 硕士研究生。主要研究方向:航空推进工程。Tel.:18668782906, E-mail:748169155@qq.com

    邓甜, 女, 博士, 讲师, 硕士生导师。主要研究方向:航空推进系统。Tel.:18622265099, E-mail:dengtian.siae@foxmail.com

    通讯作者:

    苏志刚, 男, 博士, 教授, 硕士生导师。主要研究方向:谱估计、信号处理、航空推进工程。Tel.:13920214946, E-mail:ssrsu@vip.sina.com

  • 中图分类号: V235.13

Fuel control law of small size turbofan engine

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51506216

the Fundamental Research Funds for the Central Universities ZXH2012H001

More Information
    Corresponding author: SU Zhigang, Tel.: 13920214946 E-mail: ssrsu@vip.sina.com
  • 摘要:

    以小型涡扇发动机DGEN380燃油控制规律为研究目标,使用解析法基于MATLAB平台建立其整机部件级稳态及动态数学模型并进行仿真计算。在旋转部件建模过程中使用工具获取特性数据,并绘制可以即时显示当前工作点/线的部件特性图;在稳态仿真时使用Newton-Raphson法和遗传算法2种方法求解发动机工作方程组,并对二者进行评估对比,针对遗传算法在发动机模型求解过程中的局限性对一般基础模型进行优化改进;在动态仿真时,采用欧拉法计算微分项。基于模型分析发动机燃油控制规律,并以发动机高度特性为例进行仿真计算。试验结果表明:Newton-Raphson法具有高精度和高速度,改进模型后遗传算法具有更好的适应性,模型及燃油控制规律的仿真结果较好地符合试验数据和理论趋势,对比误差小于3%。

     

  • 图 1  DGEN380发动机框图

    Figure 1.  Block diagram of DGEN380 engine

    图 2  压气机特性图

    Figure 2.  Figure of compressor characteristics

    图 3  发动机气动热力学模型结构框图

    Figure 3.  Structure block diagram of engine thermodynamics model

    图 4  Newton-Raphson法误差收敛图

    Figure 4.  Error convergence map of Newton-Raphson method

    图 5  模型改进示意图

    Figure 5.  Schematic of model improvement

    图 6  遗传算法误差收敛图

    Figure 6.  Error convergence map of genetic algorithm

    图 7  推力和涵道比变化对比

    Figure 7.  Comparison of thrust and bypass ratio variation

    图 8  风扇和低压涡轮特性图上的加速线

    Figure 8.  Acceleration lines on fan and low pressure turbine characteristic maps

    图 9  推力、供油量变化

    Figure 9.  Changes of thrust and fuel supply

    图 10  DGEN380发动机控制系统

    Figure 10.  Control system of DGEN380 engine

    图 11  供油量、推力和转子转速变化

    Figure 11.  Change of fuel supply, thrust and rotating speed

    表  1  Newton-Raphson法、遗传算法仿真结果

    Table  1.   Simulation results of Newton-Raphson method and genetic algorithm

    方法 nl/
    (r·min-1)
    nh/
    (r·min-1)
    πf πc πhpt πlpt
    Newton-Raphson法 42 798 50 653 1.16 4.56 2.28 1.93
    遗传算法 42 919 50 712 1.17 4.56 2.30 1.92
    实际值 42 830 50 687 1.16 4.57 2.27 1.93
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  • [1] KONG X X, WANG X, TIAN D L, et al.An extrapolation approach for aeroengine's transient control law design[J].Chinese Journal of Aeronautics, 2013, 26(5):1106-1113. doi: 10.1016/j.cja.2013.04.027
    [2] 冯海峰.航空涡轴发动机数学建模方法与控制规律研究[D].西安:西北工业大学, 2007:1-3. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10699-2007057945.htm

    FENG H F.Study of aero turbine engine mathematic model and control law[D].Xi'an:Northwestern Polytechnical University, 2007:1-3(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10699-2007057945.htm
    [3] DUYAR A, GU Z, LITT J.A simplified dynamic model of the T700 turboshaft engine[J].Journal of the American Helicopter Society, 1995, 40(4):62-70. doi: 10.4050/JAHS.40.62
    [4] JAW L C, MATTINGLY J D.Aircraft engine control design, system analysis, and health monitoring[M].Reston:AIAA, 2009:187-201.
    [5] 钱得峰.大涵道比民用涡扇发动机部件级建模技术研究[D].南京:南京航空航天大学, 2010:17-18. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-1011291913.htm

    QIAN D F.Research on component-level modeling technology for high bypass ratio civil turbofan engine[D].Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2010:17-18(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-1011291913.htm
    [6] 蔡开龙, 谢寿生, 胡金海, 等.涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统[J].推进技术, 2007, 28(4):422-427. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJJS200704018.htm

    CAI K L, XIE S S, HU J H, et al.Semi-physical simulation experiment system of fuel integration control system for turbofan engine[J].Journal of Propulsion Technology, 2007, 28(4):422-427(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJJS200704018.htm
    [7] 夏飞.基于MATLAB/Simulink的航空发动机建模与仿真研究[D].南京:南京航空航天大学, 2010:19-31. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-2007194355.htm

    XIA F.Modeling and simulation of aeroengines based on MATLAB/Simulink[D].Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2010:19-31(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-2007194355.htm
    [8] GAUDET S R.Development of a dynamic modeling and control system design methodology for gas turbine[D].Ottawa:Carleton University, 2007:52-58.
    [9] 骆广琦.航空燃气涡轮发动机数值仿真[M].北京:国防工业出版社, 2007:70-90.

    LUO G Q.Numerical simulation of aero gas turbine engine[M].Beijng:National Defence Industry Press, 2007:70-90(in Chinese).
    [10] 梁宁宁.航空涡轴发动机建模与控制规律研究[D].南京:南京航空航天大学, 2011:14-15. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-1012041300.htm

    LIANG N N.Research on turboshaft engine modeling and control law[D].Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2011:14-15(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-1012041300.htm
    [11] 苟学中, 周文祥, 黄金泉.变循环发动机部件级建模技术[J].航空动力学报, 2013, 28(1):104-111. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI201301016.htm

    GOU X Z, ZHOU W X, HUANG J Q.Component-level modeling technology for variable cycle engine[J].Journal of Aerospace Power, 2013, 28(1):104-111(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI201301016.htm
    [12] 葛海.大涵道比涡轮风扇发动机建模技术研究[D].南京:南京航空航天大学, 2013:33-35. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-1014060689.htm

    GE H.Research on modeling technology for high bypass ratio turbofan engine[D].Nanjing:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2013:33-35(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10287-1014060689.htm
    [13] JOSHI G, KRISHNA M B.Solving system of nonlinear equations using genetic algorithm[C]//International Conference on Advances in Computing, Communications and Informatics.Piscataway, NJ:IEEE Press, 2014:1302-1308.
    [14] 陈磊, 霍永亮.利用改进的遗传算法求解非线性方程组[J].西南师范大学学报(自然科学版), 2015, 40(1):23-27. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XNZK201501005.htm

    CHEN L, HUO Y L.On solution to nonlinear equation group by means of improved genetic algorithm[J].Journal of Southwest China Normal University (Natural Science Edition), 2015, 40(1):23-27(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XNZK201501005.htm
    [15] ZHANG S Y, YU X, HU Y.Study of fuzzy control with Smith forecast and compensation for aeroengine[C]//International Conference on Information and Automation.Piscataway, NJ:IEEE Press, 2010:594-598.
    [16] 田金虎, 乔渭阳, 彭生红.小涵道比涡扇发动机动态特性数值计算[J].航空动力学报, 2013, 28(9):1988-1996. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI201309014.htm

    TIAN J H, QIAO W Y, PENG S H.Numerical calculation of dynamic performance of low-bypass ratio turbofan engine[J].Journal of Aerospace Power, 2013, 28(9):1988-1996(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI201309014.htm
    [17] 王鑫.航空发动机数学模型与控制规律研究[D].西安:西北工业大学, 2007:13-14. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DKDX200504030.htm

    WANG X.Study of aeroengine mathematic model and control law[D].Xi'an:Northwestern Polytechnical University, 2007:13-14(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DKDX200504030.htm
    [18] 樊思齐.航空发动机控制(下册)[M].西安:西北工业大学出版社, 2008:50-61.

    FAN S Q.Aeroengine control (Ⅱ)[M].Xi'an:Northwestern Polytechnical University Press, 2008:50-61(in Chinese).
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-17
  • 录用日期:  2016-01-11
  • 网络出版日期:  2017-12-20

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