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  • 基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型

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    内容提示: 第20卷第3期2005年6月航空动力学报J ournal o fA er o sp ace Pow erV01.20N o.3J un.2005文章编号:1000一8055( 2005) 03一0499一04基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型苏伟生“ 2,孙健国1,程蓝1,胡世民1( 1.南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016;2.中航第一集团公司航空动力控制系统研究所,江苏无锡214063)摘要:简述了起动过程,分析了起动过程中起动扭矩与阳嘉妻垂蠹薹蒌藿篓攀鐾墓圣薹搴耋呈t塞垂薹耋萋誊善投耍嚣誉。里誊蓍嚣萋薷引刻鎏萋麦嚣羹的羹孽蔓翥巷垂耋薹萋蔬罂彩墓羹善基羹耋:蠹磊斟蠹墓薯霍孥啪薹翼捐j 羹簦毋毫塞篓砰摧夔蔓季耋毫蚕...

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    第20卷第3期2005年6月航空动力学报J ournal o fA er o sp ace Pow erV01.20N o.3J un.2005文章编号:1000一8055( 2005) 03一0499一04基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型苏伟生“ 2,孙健国1,程蓝1,胡世民1( 1.南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016;2.中航第一集团公司航空动力控制系统研究所,江苏无锡214063)摘要:简述了起动过程,分析了起动过程中起动扭矩与阳嘉妻垂蠹薹蒌藿篓攀鐾墓圣薹搴耋呈t塞垂薹耋萋誊善投耍嚣誉。里誊蓍嚣萋薷引刻鎏萋麦嚣羹的羹孽蔓翥巷垂耋薹萋蔬罂彩墓羹善基羹耋:蠹磊斟蠹墓薯霍孥啪薹翼捐j 羹簦毋毫塞篓砰摧夔蔓季耋毫蚕孽蕃霉鏊崩鞘罄囊羹荸萋葫型冀?毒耄薯:谛善.善秽鬻誊辜墓!霎薹蓦店囊;要羹1凌’ 返回(3)。( 6) 从最小的性能指标中找到模糊神经网络的最优参数值。4仿真与结果发 动机模型采用某涡扇发动机的部件级数学模 型,采用单变量控制规律,单独使用供油量控制高 压转子转速。该涡扇发动机的最大供油量为1.2kg/s,采样周期取T—o.02 s。控制器待确定的 参数共有27个,所有参数的初始值取区间( o,1) 内的随机数,式( 11) 和式( 12) 中的混沌变量经线 性变换映射到区间( 一0.5,0.5) ,式( 13) 中取^一o.001,z。一o.1,其终止条件取≈≤0.001。性能童{二『!j图3高压转子转速对燃油流量阶跃响应( H —Okm ,^扎一0)F19.3speed0fhi gh pressurerot ororder at日=O km .肘口一Oto fuelstep指标参数取"1—0.5,"z—o.5,z—l oo,即100个采样周期计算一次性能指标。根据本文提出的优化控制方案,采用M ATLAB语言对不同条件下发动机控制系统进行仿真计算。由于模糊神经网络的参数取值都在[ o,1] 区间,可以充分发挥混沌 万方数据优化方法在状态空间较小时搜索效果好的优点。仿真发现,该算法迭代190次左右就可以完全收敛,性能指标达到最优。而采用传统BP算法至少需要l 200次才能使系统性能指标达到一般状态,并且经常出现局部最小现象,算法无法收敛。 万方数据 第3期苏伟生等:基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型50l式( 2) 即要求起动机特性不能太软,也不能太硬,以保证顺利起动。( 3) 满足一定的起动时间要求,对此将在后面讨论。3起动系统模型起动系统的原理图及相应的当量系统如图3( a) 和图3( b) 所示。吁寺咽,0132+‘ b2+‘ T(f213)2(b)f哥w 强图3起动系统原理圉与当量系统图Fi g3Schem e ofstarti “ g system图中:丁st——起动机发出的扭矩;丁c——发电机负载力矩;Tr——液压泵的负载力矩;7j ——发动机扭矩;J sr——起动机的转动惯量;J 。——发电机的转动惯量J r——液压泵的转动惯量;,e——发动机的转动惯量。Z。.乙“ 一瓦’“ 一云’Z。如“ 一云’“ 一“ 百式中:i 为传动比。根据牛顿定律可得:三‘ 害一丁。。( 3)⋯30 11出“ 4式中:,。。一,E+J sT( i 2屯) 2+,P瑶+k钙称为起动系统的当量转动惯量;L—TE+丁sTz2i 3一TPi 。一TG 如称为起动系统的当量扭矩。式( 3) 为起动系统的数学模型。起动系统的当 万方数据量扭矩不仅与发动机转速有关,而且也和飞行高度和大气温度有关,即:丁。一/( n,H ,丁H )( 4)式( 3) 是按理想情况推导出来的,当考虑功率传递损失时,则应对式( 3) 中的L。进行修正得:L。一了1E+丁sTi 2b佻T.E~TPi 々啦.ETd3’GE( 驰式中:口” .e——起动机到发动机的传递效率;珈.e——液压泵到发动机的传递效率;珊e——发电机到发动机的传递效率。4起动时间起动时间是选择( 或确定) 起动系统的准则之一。起动时间受到发动机工作状态以及传动系统强度等限制,所以一般要求:一个满意的起动系统必须在满足不损坏发动机和传动系统,发动机不失速,不熄火的前提下,从静止加速到慢车转速具有合理的起动时间。对于同一厂家生产的同一批发动机采埔帕同的起动系统,在相同的环境温度以及使用相同起动程序时,起动时间可能会不同。这是因为同一厂家生产的发动机,其部件性能,燃油控制器性能和起动机性能存在差异,必然使起动时间不一样。因此计算起动系统的起动时间只能作为一批发动机起动时间的名义值或平均值。起动时间的计算可以分段,也可以不分段。分段计算便于比较3个阶段起动时间对整个起动时间的影响,便于研究不同点火转速以及起动机脱开转速对起动时间的影响。4.1不分段计算由式(3)得起动时间£。如下:Pidlej 。一n+孔T城衢.z一砟i 靠.E一死i 弛.E(Ⅱ/30)J。。( 6)由式( 6) 易知,起动时间取决于起动系统当量转动惯量和当量扭矩。随着当量转动惯量增加,起动时间f。也增加,起动系统当量扭矩增加,起动时间减少。4.2分段计算起动时间f。£。一f“ +£。2+£∞( 7)式中: 万方数据 基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型作者:苏伟生, 孙健国, 程蓝, 胡世民, SU Wei-sheng, SUN Jian-guo, CHENG Lan, HUShi-min作者单位:苏伟生,SU Wei-sheng(南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016;中航第一集团公司,航空动力控制系统研究所,江苏,无锡,214063), 孙健国,程蓝,胡世民,SUN Jian-guo,CHENG Lan,HU Shi-min(南京航空航天大学,能源与动力学院,江苏,南京,210016)刊名:航空动力学报英文刊名:JOURNAL OF AEROSPACE POWER年,卷(期):2005,20(3)被引用次数: 参考文献(6条)参考文献(6条)4次 1.徐亮;黄金泉 适用于全包线的航空发动机BP网络模型的动态辨识[期刊论文]-南京航空航天大学学报 2001(04)2.谢寿生;樊思齐 采用内积原理建立航空发动机神经网络辨识模型[期刊论文]-推进技术 1998(01)3.姜涛;李应红 基于动态RBF网络的发动机起动过程模型辨识[期刊论文]-航空动力学报 2002(03)4.朴英 航空燃气涡轮发动机起动性能分析[期刊论文]-航空动力学报 2002(06)5.程蓝;苏伟生;孙健国 发动机起动系统通用设计程序 20036.张绍基 涡扇发动机空中风车起动特性分析[会议论文] 2002 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1. 乔洪信.夏爱国.杨立 某型航空发动机高原使用起动供油量调整研究[期刊论文]-航空动力学报2003,18(4)2. 许杰 某型发动机起动参数的调整[期刊论文]-航空发动机2007(z1)3. 祁新杰.郭迎清.李光耀.QI Xinjie.GUO Yingqing.LI Guangyao 某型涡扇发动机起动控制器仿真分析[期刊论文]-机床与液压2010,38(3)4. 樊丁.张亦程.戚学锋.Fan Ding.Zhang Yicheng.Qi Xuefeng 某型航空发动机起动调节器建模及起动特性研究[期刊论文]-航空发动机2005,31(1)5. 周文祥.黄金泉.ZHOU Wen-xiang.HUANG Jin-quan 涡扇发动机高空起动模型研究[期刊论文]-航空动力学报2007,22(8)6. 李应红.尉询楷.LI Ying-hong.WEI Xun-kai 基于约简遗传规划的线参数模型及在航空发动机起动建模中的应用[期刊论文]-中国航空学报(英文版)2006,19(4)7. 吴利荣.李剑.谢寿生.李应红 某型发动机高原起动过程数学模型建立[期刊论文]-航空动力学报2004,19(1)8. 时瑞军.周剑波.张秋贵.吴志琨.刘美凤.SHI Rui-jun.ZHOU Jian-bo.ZHANG Qiu-gui.WU Zhi-kun.LIU Mei-feng 单轴涡喷发动机起动过程数学建模研究[期刊论文]-燃气涡轮试验与研究2010,23(3)9. 梅晓川.MEI Xiao-chuan 基于改进BP网络的航空发动机起动过程辨识[期刊论文]-航空计算技术2009,39(6)10. 蔡建斌.尹泽勇.熊焰.成本林.黎亮.CAI Jian-bin.YIN Ze-yong.XIONG Yan.CHENG Ben-lin.LI Liang 一种确定燃气涡轮轴发动机起动最小所需扭矩的工程方法[期刊论文]-航空动力学报2005,20(5) 引证文献(4条)引证文献(4条)1.王健.李应红.汪诚 某型航空发动机起动程序机构数字化设计与仿真[期刊论文]-计算机工程与设计 2007(18)2.王兆铭.王福德.左伟.王晨.巴德纯 某型航空发动机空中起动供油规律的研究[期刊论文]-航空动力学报 2010(5)3.郭海红.潘旭.张志舒 非标准大气条件下航空发动机地面起动性能[期刊论文]-航空动力学报 2013(6)4.马前容.郭昕.吴虎 涡扇发动机高空台惯性起动的试验[期刊论文]-航空动力学报 2013(4)

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