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应急工况航空发动机优化控制算法研究

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航空安全历来是民航业首要考虑的问题,从以往的飞行事故来看,在某些应急工况发生时,如飞行操纵舵面功能失效时,有成功通过控制发动机调整飞机姿态成功迫降的案例,也有控制发动机操纵飞机迫降失败的情况,如何在应急工况下设计合适的发动机控制算法来辅助飞行员操纵飞机成为各学者研究的方向。本文从飞机发动机一体化的视角,探究应急工况下发动机对飞机发动机一体化推力模型整体的影响。航空发动机作为飞机的动力来源、推进系统的核心,在应急工况下发动机的性能从某种角度上来说决定飞机的动态性能,为提升发动机加速过程的响应速度,本文研究了应急工况航空发动机优化控制算法。 本文主要包括三部分。 第一部分,建立飞机模型与发动机部件级模型,结合飞机与发动机之间的耦合关系建立飞机发动机一体化推力模型。并给出了飞机发动机一体化推力模型的稳态求解方法及仿真结果。 第二部分,基于建立的飞机发动机一体化推力模型,分析在飞机出现升降舵功能失效以及发动机不可控火情两种应急工况下,发动机推力改变对模型整体的动态响应情况。仿真结果表明:(1)仅通过控制发动机推力进而调整飞机的姿态是可行的,发动机推力增加的快慢决定飞机的动态性能;(2)当发动机不可控火情单发关停时,若维持飞机正常飞行,需要正常工作发动机在更短的时间内达到更大的推力,即需要进一步提升发动机的加速性能。 第三部分,通过基于序列二次规划(SQP)及多元宇宙(MVO)算法设计应急工况航空发动机优化控制律,在一定的安全裕度范围内提升在应急工况发动机加速过程的响应性能,仿真结果表明,相比传统的控制计划,通过优化控制算法可以提升应急工况发动机的加速性能,在应急工况发生时可以尽可能的减小加速时间,进而提升飞机的动态性能。

徐梦男

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航空发动机 优化控制 应急工况

硕士

航空器适航审定工程

陶立权

2024

中国民航大学

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