超燃冲压发动机控制
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作者于达仁,常军涛,曹瑞峰,杨晟博,唐井峰,鲍文
出版社国防工业出版社
ISBN9787118116397
出版时间2018-09
装帧平装
开本16开
定价128元
货号1201918661
上书时间2024-11-19
商品详情
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作者简介
于达仁，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院教授，博士生导师，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者。主要从事高超声速推进、空间电推进研究。负责了国家自然科学基金5项，国防基础研究项目、国家863项目、霍英东教育基金、教育部骨干教师基金等共5项。主要获得：中国青年科技奖、霍英东教育基金奖、黑龙江省青年科技奖、黑龙江省普通高校教学成果二等奖2项，国家实用新型5项。发表论文300余篇。鲍文，教授，博士生导师，哈尔滨工业大学高超声速技术研究中心主任。主要从事高超声速推进和空天组合推进研究。某国家重大专项专家组成员，入选科技部创新人才推进计划、教育部新世纪很好人才计划等，International Journal of Aerospace Engineering、推进技术、实验流体力学等杂志编委，国家“2011计划”、“宇航科学与技术协同创新中心”核心成员。
目录
常用符号表 章 绪论 1.1 双模态超燃冲压发动机的典型飞行试验 1.2 双模态超燃冲压发动机控制研究现状分析 1.2.1 飞行试验中发动机控制现状分析 1.2.2 进气道不起动监测及保护控制现状分析 1.2.3 燃烧模态转换控制现状分析 1.2.4 吸气式飞/推系统轨迹优化研究现状分析 1.3 双模态超燃冲压发动机推力控制问题分析 1.4 双模态超燃冲压发动机不起动监测与控制问题 1.4.1 高超声速进气道不起动监测 1.4.2 高超声速进气道不起动保护控制 1.5 双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换控制问题 1.5.1 燃烧模态转换特性 1.5.2 燃烧模态转换控制 1.6 冲压发动机飞/推系统设计与控制面临的主要问题 1.6.1 考虑飞/推系统强耦合特性的最优轨迹问题 1.6.2 复杂热力系统多变量多约束最优控制问题 1.7 小结 参考文献 第2章 双模态超燃冲压发动机工作原理 2.1 双模态超燃冲压发动机的流动特点与模态定义 2.2 双模态超燃冲压发动机热力循环及性能指标 2.2.1 发动机的热力循环过程 2.2.2 发动机的能量转换过程 2.2.3 性能指标 2.3 双模态超燃冲压发动机进气道 2.3.1 进气道性能参数 2.3.2 进气道典型工作状态 2.3.3 进气道起动/不起动 2.4 双模态超燃冲压发动机燃烧室 2.4.1 若干基本概念 2.4.2 燃烧室性能分析方法 2.5 双模态超燃冲压发动机尾喷管 2.6 双模态超燃冲压发动机工作过程的特殊性 2.6.1 强分布参数特性 2.6.2 多模态优化选择 2.7 小结 参考文献 第3章 双模态超燃冲压发动机控制问题分析和控制方案 3.1 双模态超燃冲压发动机控制问题分析 3.1.1 推力回路控制问题分析 3.1.2 进气道不起动保护控制问题分析 3.1.3 超温保护控制问题分析 3.1.4 燃烧室贫/富油熄火限制 3.2 双模态超燃冲压发动机控制方案 3.2.1 美国X-51A控制方案分析 3.2.2 推力调节/安全保护切换控制方案提出 3.2.3 控制回路组成及分析 3.3 小结 参考文献 第4章 双模态超燃冲压发动机控制模型 4.1 双模态超燃冲压发动机稳态数学模型 4.1.1 数学模型的维数选择 4.1.2 发动机一维模型 4.2 双模态超燃冲压发动机控制模型时间尺度分析 4.3 双模态超燃冲压发动机被控变量选择 4.3.1 燃烧室优选压比 4.3.2 燃烧室壁面压力积分 4.4 小结 参考文献 第5章 双模态超燃冲压发动机推力闭环控制方法 5.1 双模态超燃冲压发动机推力表征 5.1.1 地面直连式试验条件下的推力定义 5.1.2 推力增量与压力积分的定义 5.1.3 基于燃烧室壁面压力积分的推力增量表征 5.2 双模态超燃冲压发动机推力闭环控制系统设计 5.2.1 控制对象特性分析及建模 5.2.2 控制性能要求分析与控制器设计 5.3 控制系统鲁棒性能分析 5.3.1 增益摄动时的鲁棒性 5.3.2 动态摄动时的鲁棒性 5.4 推力闭环控制地面试验验证 5.5 小结 参考文献 第6章 双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换及其控制 6.1 燃烧模态转换马赫数的选择准则 6.1.1 宽马赫数范围发动机性能分析 6.1.2 优选推力需求下的燃烧模态转换马赫数选择 6.1.3 优选比冲需求下的燃烧模态转换马赫数选择 6.2 燃烧模态转换边界及其影响因素分析 6.2.1 燃烧模态转换边界空间描述 6.2.2 模态转换边界影响因素分析 6.3 燃烧模态转换中的突变与滞环问题 6.4 燃烧模态转换过程分析 6.4.1 转换路径的影响 6.4.2 突变特性的影响 6.4.3 滞环特性的影响 6.5 双模态超燃冲压发动机燃烧模态转换控制 6.5.1 燃烧模态表征与监测 6.5.2 燃烧模态转换控制基本方案 6.5.3 控制方案仿真 6.6 小结 参考文献 第7章 高超声速进气道不起动监测方法研究 7.1 进气道起动/不起动模式分类数据准备 7.1.1 进气道物理模型 7.1.2 进气道不起动数据组成及分析 7.2 基于支持向量机的高超声速进气道起动/不起动模式分类 7.2.1 支持向量机的基本理论和方法
内容摘要
本书以超燃冲压发动机为研究对象，从发动机基本控制问题出发并结合已有飞行试验经验给出了一种超燃冲压发动机基本控制方案，讨论了发动机控制模型维数和反馈变量选择原则并介绍了发动机推力闭环控制系统设计方法，探讨了超燃冲压发动机燃烧模态转换特性及其转换控制方法，介绍了高超声速进气道起动不起动监测方法及其稳定裕度控制方法，同时给出了超燃冲压发动机推力调节进气道保护切换控制方法，研究了超燃冲压发动机燃烧室释热分布很优控制问题，很后从飞推一体化视角介绍了高超声速飞行器轨道优化问题。
精彩内容
前言发动机控制是超燃冲压发动机研究的五大关键技术之一。与航空发动机和亚燃冲压发动机相比，超燃冲压发动机由于在更高马赫数下飞行带来了特殊问题。受到飞行包线的影响，与低马赫数飞行相比，高马赫数飞行导致用于飞行器加速的净推力减小。随着飞行马赫数的增加，在加速工况下，经常需要工作在进气道边界附近，气动稳定裕度小，容易出现流动失稳现象，需要研究流动失稳监测和控制问题。在从低马赫数向高马赫数加速的过程中，发动机匹配不同的燃烧模态才能在宽马赫数范围下获得较好的性能参数，需要研究燃烧模态转换控制问题。飞行马赫数的增加导致飞行器/发动机(飞/发)一体化耦合程度增强，如何基于开展飞/发一体化控制系统设计是值得研究的问题。基于这些认识，围绕发动机工作过程中的核心矛盾和关键技术问题，提出了具体的解决方案，具体阐述如下：章介绍了历史上仅有的几次高超声速飞行试验，分析了飞行试验中暴露的控制问题。对超燃冲压发动机控制面临的基本问题进行了讨论，主要包括推力控制、进气道不起动状态监测及其保护控制、燃烧模态转换控制等。第2章从双模态超燃冲压发动机工作的原理出发，对发动机工作过程的特殊性进行了讨论。第3章讨论了美国X-51A飞行过程中的控制问题，在此基础上结合发动机的具体需求提出了双模态冲压发动机推力调节/安全保护的控制框架。第4章通过对双模态超燃冲压发动机分布参数特性分析并对比不同维数数学模型的优缺点，指出一维模型在控制问题研究中的必要性和可操作性，论证双模态超燃冲压发动机控制时间尺度后可利用频域分析与频域截断技术将控制问题简化。第5章讨论了双模态超燃冲压发动机推力与燃烧室壁面压力积分之间的关系，论证了壁面压力积分作为发动机推力控制回路反馈变量的合理性和可行性。设计了发动机推力回路控制系统，并开展了地面试验验证。第6章讨论了燃烧模态转换马赫数的选择准则并对燃烧模态转换边界及影响因素进行了分析，提出了转换过程中的突变与滞环问题，通过对燃烧模态转换控制的任务分析，设计了转换控制方案并进行了仿真研究。第7章将高超声速进气道不起动监测问题转化为起动/不起动模式分类问题，获得了用于进气道模式分类的特征约简方法和识别准则的构建方法，在此基础上讨论了最优分类准则的优化方法。为了降低测量噪声和外界干扰对分类精度的影响，引入了多分类器融合决策方法以提高其分类精度。第8章讨论了高超声速进气道不起动边界的影响因素，分析了不起动边界随这些影响因素的变化规律；在此基础上定义了进气道稳定裕度，并构建了进气道稳定裕度保护控制回路，利用仿真平台验证了稳定裕度保护控制系统的正确性。第9章针对单点燃油喷射下的发动机推力调节/进气道保护切换控制研究，重点讨论了基于Min规则和积分重置的两种切换控制策略，分析了不同切换控制策略的设计参数及其影响规律。在此基础上，讨论了两点燃油喷射下的发动机燃油优化分配方案，设计了两点燃油喷射下的发动机推力调节/进气道保护切换控制系统，并利用地面试验验证了控制系统的有效性。0章主要讨论了超声速燃烧室最优释热规律设计及控制，提出了超声速燃烧释热规律最优控制问题，提出了一种考虑释热速率约束的释热分布一维建模方法，在考虑超温边界和不起动边界的约束下求解燃烧室内型线与释热分布最优控制问题，给出最优的超声速燃烧室设计和控制方法。1章主要讨论了以冲压发动机推进的飞/推一体化的最优加速轨迹问题。考虑飞行过程中的进气道不起动约束和飞行动压约束，构造了最小油耗轨迹的最优控制问题，得到了最小油耗轨迹下的各参数分布曲线及其性能和边界参数的分布曲线。研究了飞/推系统性能与各种工作边界对最优加速轨迹结果的影响，分析了动压限制对飞/推系统加速过程的影响，最后讨论了基于冲压发动机推进的飞/推一体化的最优加速轨迹。本书内容新颖，适合于从事航空航天推进系统设计、分析、教学与生产的科技人员，特别适合从事高超声速推进技术、航空航天发动机技术的科研人员阅读，也可以作为大学航空航天推进技术专业和工程热物理专业的高年级本科生及硕士研究生的教学参考书。作者要感谢国家自然科学杰出青年基金（No.50925625)、国家自然科学基金重点项目（No.90816028)、国家自然科学基金委创新研究群体科学基金（No.51121004)、国家自然科学基金面上项目（No11372092)和国家自然科学青年基金（No.10902033)的资助，特别感谢博士生马继承的文档整理和校稿工作。由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。作者2018年5月
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