rbcc发动机动态过程特性与建模方法研究

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1、学校代码10699分类号V438密级学号2012200339题目RBCC发动机动态过程特性与建模方法研究作者潘浩学科、专业航空宇航推进理论与工程指导教师潘宏亮教授申请学位日期2015年3月西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目RBCC发动机动态特性与建模方法研究作者：潘浩学科专业：航空宇航推进理论与工程指导教师：潘宏亮教授2015年3月StudyOnDynamicCharacteristicsAndModelingOfRBCCEngineByPanHaoUndertheSupervisionofProfessorPanHongliangADissertationS

2、ubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofAeronauticalandAstronauticalPropulsionTheoryandEngineeringXi’anP.R.ChinaJanuary2015摘要摘要RBCC发动机兼具冲压发动机和火箭发动机的优势，在全工作包线内具有较优的工作性能，应用前景广泛。当前对RBCC发动机的流动燃烧机理和燃烧组织技术已有一定的认识，随着研究的深入，RBCC发动机已进

3、入工程应用阶段。为实现全模态安全、可靠的工作，必须对发动机实施有效控制，研究发动机气动热力过程动态特性并建立发动机控制模型。本文利用三维CFD技术研究了发动机的动态特性，通过喷注流量的阶跃和喷注位置的切换，获得了RBCC发动机动态响应数据；研究了热力喉道形态的动态变化特征，讨论了状态变量的选取原则，确定了特征截面的具体位置；基于直连试验，研究了RBCC发动机的动态特性时间和释热、波系组织传递规律；在CFD模拟和试验研究基础上，确定了状态空间模型的具体形式；基于Ma3来流CFD模拟结果，分别采用拟合法和遗传算法建立了发动机二维状态空间模型，讨论了特征数据点个数、参数之间

4、相互匹配关系对模型精度的影响，判别了模型的能控性和可观性。基于以上研究，本文得到的主要结论包括以下三个方面：1特征截面应靠近热力喉道生成位置，以对发动机工作参数的变化较为敏感。凹腔所在位置为发动机集中放热区，对热力喉道的生成具有很强的促进作用，因此实际选取凹腔后截面作为特征截面。2RBCC发动机的动态过程响应时间受喷注方式和来流马赫数的影响。同一喷注位置下，二次燃料喷注当量比越高，动态响应时间越长；相同喷注当量比，分级喷注较集中喷注具有更长的动态响应时间；随着来流马赫数的升高，动态响应时间逐渐变短。3基于二次喷油规律变化的动态数据，利用拟合法和遗传算法可建立状态空间模

5、型，且遗传算法较拟合法具有更宽广的适用范围。在兼顾模型精度和计算效率的前提下，实际选取20个特征数据点较为合适。针对遗传算法，遗传算子参数的选取需和种群的范围相匹配。关键词：RBCC，动态特性，模型，拟合法，遗传算法IAbstractAbstractRBCCenginecombinestheadvantagesofrocketandramjetengine,andcanworkwithgoodperformanceoverthefulloperatingenvelope,whichhasawidelyapplicationprospect.Currentlytheme

6、chanismofflowandcombustionandthecombustionorganizationtechnologyhasbeenmuchexplored.Asresearchcontinues,RBCCenginehasreachedtheengineeringapplicationstage.Wemustcontroltheengineeffectivelytomakesureitcanworksafelyandreliablyinfull-modelconditions.Besides,toresearchinthedynamicsofengine’

7、sAerothermoprocessandtoestablishthecontrolmodelisalsoamust.Inthispaper,westudythedynamiccharacteristicsofRBCCenginethroughthree-dimensionalCFDtechniquesandobtainthedynamicresponsedatabychangingtheequivalenceratiosofsecondaryfuelandswitchingthelocationofinjection.Withthestudyofd