“现代测试技术实验”教学实验大纲.doc

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1、飞行器动力工程专业综合实验指导书涡喷发动机控制系统建模与仿真实验共21页南昌航空大学飞行器动力工程学院2018年05月目录1涡喷发动机控制系统建模与仿真实验11.1发动机结构及主要参数11.2系统基本工作原理21.3涡喷发动机非线性实时模型31.3.1模型建立31.3.2发动机共同工作71.3.3求解非线性方程81.3.4动态特性数字仿真111.3.5流程图111.4涡喷发动机控制系统仿真实验142实验目的153考核方式154实验设备165实验操作176实验报告197思考题191涡喷发动机控制系统建模与仿真实验1.1发动

2、机结构及主要参数该发动机是带收敛、调节片式可调喷口、带加力燃烧室的双转子涡喷发动机。主要部件如下：1)、压气机：包括三级低压压气机以及五级高压压气机。2)、燃烧室：带两个点火器的直流式环管燃烧室。3)、涡轮：双转子、轴流式高、低压涡轮各一级。4)、加力燃烧室：直流圆柱型加力燃烧室。5)、尾喷管：收敛型、调节片式可调喷口。该发动机的主要参数如下：低压转子转速（N1）：11156r/min（100%）高压转子转速（N2）：11373r/min（100%）进口空气流量（ma）：66～67kg/sec推力（F）：64680N允许

3、的最大速度与M数：H=0～12.3kmVbmax=1300km/hH=12.3kmM=2.2H≥12.6kmM瞬时=2.25发动机最大振动过载：7g发动机的温度极限：地面启动时，允许的低压涡轮出口温度最大极限值700℃，当加速时，及接通、断开加力时，低压涡轮出口温度最大极限值830℃（瞬时值）。发动机转速极限：最高允许的低压转子转速的极限值106.5%（≤5秒钟）最高允许的高压转子转速的极限值105%1.2系统基本工作原理发动机模拟器根据飞行高度、速度、环境温度、燃油量和该型发动机的数学模型，解算出、发动机转速、推力、耗

4、油率等各截面气动热力性能物理参数，并向电子控制器输出发动机转速。屏幕上动态显示时间、飞行速度、飞行高度、转速、燃油供给油门角度、压气机进口总压、总温、涡轮出口总温等，并对这些数据存盘。具体操作流程见用户手册。1.3涡喷发动机非线性实时模型发动机控制系统动态模型有二个显著特点，其一为非线性，发动机特性和参数在大范围内变化，必须用非线性关系式描述，该模型是“大偏离”非线性动态模型；其二为实时性，在保证模型具有一定逼真度的前提下，对模型应作适当处理与简化，并采用快速求解计算方法。1.3.1模型建立模型简化处理：只考虑转子惯性以

5、及绝热指数和比热随时间变化的影响。发动机的非线性模型的基本结构是按发动机部件顺序，逐一建立的气体流动方程、热力方程及发动机部件联合工作的共同工作方程构成，要求给定控制量随时间变化的规律。1.3.1.1大气参数计算高度为（km）的大气压力，和温度，当时，为当时，为式中指11公里高度处的大气压力，。1.3.1.2进气道发动机进口总温和总压和飞行速度：式中：——空气的绝热指数，。——空气的气体常数。1.3.1.3压气机已知压气机特性式中：——压气机换算空气流量，；——压气机相对换算转速，若已知压气机的转速和压气机增压比，经相对

6、换算后，由表格就可插值得到和效率，压气机出口参数：式中，其中；1.3.1.4燃烧室燃烧室总压恢复系数变化不大，可近似取为定值。燃烧室效率主要取决于余气系数和燃烧室进口压力等—燃烧室内混合气余气系数；式中为1kg燃油完全燃烧所需的理论空气量。根据、、及（初猜）查燃烧室特性可得，由燃烧室的能量平衡迭代计算。式中为进入燃烧室的燃油温度；、、分别为1kg空气，燃气及燃油的热焓。燃烧室出口参数为：1.3.1.5涡轮涡轮特性表示为式中——换算燃气流量，——涡轮的相对换算转速，如果已知涡轮的落压比，则由和可确定涡轮的工作状态，根据涡轮

7、特性图查得，涡轮出口参数为式中，为燃气的绝热指数，。1.3.1.6尾喷管考虑气流在尾喷管中的流动损失，假设尾喷管总压恢复系数为，则可得尾喷管出口气体总温和总压：临界压力降,式中,燃气的绝热指数收敛式的面积不可调节的尾喷管有亚临界、临界和超临界三种工作状态1）亚临界工作状态这种工作状态下，尾喷管中的可用压力降小于临界压力降，即即尾喷管出口的气流速度小于音速，<1，燃气流在尾喷管内完全膨胀，出口截面的燃气压力等于外界大气压力，即。由和可计算出压力降由可计算出和尾喷管出口的静温,由便可得到气流在尾喷管出口的速度，密度和尾喷管出

8、口面积式中—通过计算得到的尾喷管出口截面面积；—尾喷管流动损失系数，即尾喷管速度系数；2）临界工作状态尾喷管中的可用压力降等于临界压力降，即这时，，尾喷管出口截面的气流速度恰好等于音速，喷管出口截面的燃气压力等于外界大气压力，即，燃气流在尾喷管中完全膨胀。,可用上式求得。3）超临界工作状态尾喷管中的可用压力降大于临界