超燃冲压发动机推力控制系统仿真研究

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1、第43卷第1期航空发动机V01．43No．1一三017年2月AeroengineFeb．2017超燃冲压发动机推力控制系统仿真研究崔曼曼，黄耀(中国航发航空动力控制系统研究所，江苏无锡214063)摘要：超燃冲压发动机是最具发展潜力的高超声速飞行器动力装置，具备性能优良的推力控制系统才能保证飞行器的安全自主飞行。为了实现在不同马赫数下的推力特性数值分析，根据飞行坡面建立由前体、进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管组成的发动机模型，并通过发动机进、出口的气流动量变化来推算发动机推力。同时为保证推力系统的稳定，根据经典控制算法设计了燃油内环PD

2、控制回路和推力外环PI控制回路。闭环仿真结果表明：该推力控制系统的控制效果良好，能较好地模拟真实控制回路。关键词：超燃冲压发动机；燃油控制；推力控制；发动机模型；航空发动机中图分类号：V233．7文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2017．01．004SimulationofThrustControISystemforScramjetCUIMan—man．HUANGYao(AECCAeroengineControlResearchInstitute，Wuxi214063)Abstract：Sc

3、ramjetisexpectedtobeoneofthemostpotentialpropulsionsystemsforhypersonicvehicle．Thethrustcontrolsystemofhighperformancewasdesignedtoguaranteesafetyautonomousflight．InordertoperformthenumericalsimulationofthrustcharacteristicsatdifferentMachnumber,themodelofscramjetwasdes

4、ignedwhichwascomposedbyprecursormodel，airinlet，isolator,fireboxandjetnozzle．Accordingtotheinletandoutletflowchange，thethrustofscramjetwascalculated．Simultaneously，inordertoensurethestabilizationofthrustsystem,theinnerPDfuelcontrolloopandoutsidePIthrustcontrolloopweredes

5、ignedbasedonclassicalcontrolalgorithm．Thesimulationresultshowsthatthecontroleffectofthrustcontrolsystemisgoodandthesystemcansimulatethecontrolloopinfact．Keywords：scramjet：fuelcontrol；thrustcontrol；enginemodel；aeroengine0引言高超声速飞行器技术越来越引起世界各国的重视，目前，针对此技术开展研究的国家有近10个，其中力度最

6、大、投入最多、成绩最突出的当属美国。美国的X一51A“驭波者”高超声速飞行器验证器已经实现了5马赫平飞，是迄今为止最接近成功的超高声速飞行器项目；俄罗斯研制的高超声速试验飞行器也已经做了大量得地面试验和风洞吹风试验；印度也提出了“布拉莫斯”高超声速飞行器的设想；中国的“神龙”无人空天飞机已完成亚轨道的飞行，并且建成了首个具有独立知识产权的JFl2高超声速风洞。高超声速飞行器具有战略性、前瞻性、带动性等特点，而实现飞行器高超声速飞行的关键与核心就是超燃冲压发动机技术。这种革命性的发动机技术不仅可以维持飞行器在高超声速状态飞行，并使空天飞

7、行变得容易㈣。超燃冲压发动机是设计用于马赫数4～12之间，即4345—10782km／h之间高超声速飞行的吸气发动机[5-71。这种发动机从大气获得空气气流，并将气流减速至低超声速进行压缩。燃料注人燃烧室并在超声速气流中燃烧，然后这些从燃烧室喷出的燃烧产生的高温高压气体在喷嘴中膨胀且加速到极高的速度，从而产生向前推力。由于空气动力、推力、结构和控制系统之间存在相互影II[甸181，建立1个完善的超燃冲压发动机燃烧室模型非常困难。本文根据超燃冲压发动机的模型坡面，建立了简收稿日期：2016—05—20基金项目：国家重大基础研究项目资助作

8、者简介：崔曼曼(1989)，女，硕士，工程师，从事软件总体研发工作；E—mail：836111990@qq．com。弓＼甩≈毯式：崔曼曼．黄耀．超燃冲压发动机推力控制系统仿真研究田．航空发动机，2017，43(1)：17