一种直升机/发动机综合仿真模型及涡轴发动机控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103321754A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103321754103321754A(43)申请公布日2013.09.25(21)申请号201310204833.5(22)申请日2013.05.27(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市御道街29号(72)发明人张海波严长凯陈可周骁宁景涛(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人杨楠(51)Int.Cl.F02C9/26(2006.01)F02C9/48(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书9页说明书9页附图10页附图10页(54)发明名称一种直升机/发动机综合仿真模型及涡轴发动机控制方法(57)摘要本发明公开了一种直升机/发动机综合仿真模型。本发明在现有直升机/发动机综合仿真模型中引入了自旋状态旋翼转子动力学微分方程，从而能够精确模拟直升机自旋训练过程的直升机动态变化。本发明还公开了一种基于上述模型的涡轴发动机控制方法及控制系统，在直升机的正常飞行阶段、自旋进入阶段、稳定自旋阶段以及自旋恢复阶段中离合器闭合之前，采用以燃油流量为控制变量的单变量控制器对涡轴发动机进行控制；在自旋恢复阶段中离合器闭合之后，采用以燃油流量和导叶角度作为控制变量的双变量控制器对涡轴发动机进行控制。本发明可使涡轴发动机在直升机自旋训练过程中自由涡轮转速超调不超过3%，且燃油动态品质有极大提升。CN103321754ACN1032754ACN103321754A权利要求书1/1页1.一种直升机/发动机综合仿真模型，其特征在于，其动态工作方程组中包含以下自旋状态旋翼转子动力学微分方程：式中，PS表示发动机输出功率，PP=TV为驱动功率，Pi=-Tν为诱导功率，T表示旋翼拉力，V表示直升机爬升速度，ν表示诱导速度，IR表示旋翼轴转动惯量，Ω、分别表示旋翼转速、旋翼转加速度。2.基于权利要求1所述直升机/发动机综合仿真模型的涡轴发动机控制方法，其特征在于，在直升机的正常飞行阶段、自旋进入阶段、稳定自旋阶段以及自旋恢复阶段中离合器闭合之前，采用以燃油流量为控制变量的单变量控制器对涡轴发动机进行控制；在自旋恢复阶段中离合器闭合之后，采用以燃油流量和导叶角度作为控制变量的双变量控制器对涡轴发动机进行控制。3.如权利要求2所述涡轴发动机控制方法，其特征在于，在所述自旋恢复阶段中，当直升机旋翼转速与发动机自由涡轮转速之间的绝对差不超过0.02%时，所述离合器闭合。4.如权利要求2所述涡轴发动机控制方法，其特征在于，所述双变量控制器采用LMI区TT域极点配置的H2/H∞保性能控制律，输入量u=[WfΔθ0]，状态量x=[NpNg]，输出变量Ty=[NpNg]，干扰量w=QH；其中，Wf表示燃油流量，NP表示自由涡轮相对转速，Δθ0表示额定导叶角偏差量，Ng表示燃气涡轮相对转速，QH表示直升机需求扭矩。5.如权利要求2所述涡轴发动机控制方法，其特征在于，所述双变量控制器中还包括积分抑制环节，具体如下：++当u(k)≥u时，u(k)=u且ωI(k)=0；--当u(k)≤u时，u(k)=u且ωI(k)=0；其他，u(k)=f(x,e)；上式中，u(k)表示控制量当前值，f(x,e)表示当前控制规律，u+表示控制量上限，u-表示控制量下限，ωI表示控制量对应积分项。6.基于权利要求1所述直升机/发动机综合仿真模型的涡轴发动机控制系统，其特征在于，包括以燃油流量为控制变量的单变量控制器，以及以燃油流量和导叶角度作为控制变量的双变量控制器；在直升机的正常飞行阶段、自旋进入阶段、稳定自旋阶段以及自旋恢复阶段中离合器闭合之前，由所述单变量控制器对涡轴发动机进行控制；在自旋恢复阶段中离合器闭合之后，由所述双变量控制器对涡轴发动机进行控制。2CN103321754A说明书1/9页一种直升机/发动机综合仿真模型及涡轴发动机控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种能够精确模拟直升机自旋训练过程的直升机动态变化的直升机/发动机综合仿真模型，以及基于该直升机/发动机综合仿真模型的涡轴发动机控制方法、控制系统，属于航空宇航推进理论与工程中的系统控制与仿真技术领域。背景技术[0002]为提高直升机的生存能力，在直升机失去动力后，直升机旋翼利用动能和势能，保持自身转速恒定，驾驶员利用其产生的拉力，操纵直升机以安全的速度降落，即自旋下滑过程，成为保证直升机安全的重要措施，在飞行员训练中，自旋下滑操作也成为重要科目。自旋训练过程中，为保证安全，直升机在安全飞行区域内首先将旋翼轴和自由涡轮输出轴离合器脱开，以模拟直升机动力失效过程，发动机同时至慢车状态。飞行员通过快速降低总距维持旋翼转速不变，以产生足够的拉力使直升机以安全