高超声速进气道起动/不起动模式分类及控制

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:david_lau82
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飞行Ma3到Ma8的超燃冲压发动机是当前国际国内研究的一大热点,由于高超声速飞行进入超高速、高温的极端热物理环境,目前发动机控制领域遇到若干科学和技术问题。作为发动机控制的重要组成部分,进气道不起动控制也面临新的问题,需要引入新的思路和研究方法。本文围绕进气道流场数值模拟、进气道不起动/再起动特性分析、进气道起动/不起动模式分类、进气道不起动边界及进气道不起动保护控制等方面开展了具体的研究工作。  首先是流场数值模拟仿真平台的建立。详细地介绍了高超声速进气道数值模拟方法,利用该方法对某典型进气道进行了数值模拟,进行了数值精确性分析,并与试验数据进行了对比验证;对高超声速进气道进行了数值模拟,分别分析了来流马赫数变化、来流攻角变化和出口背压变化对高超声速进气道内部流场结构的影响,为后续开展对象特性及进气道起动/不起动模式分类打下基础。  其次,对高超声速进气道不起动/再起动特性进行了分析讨论。在对高超声速进气道二维流场数值模拟的基础上,分别讨论了来流马赫数变化、来流攻角变化引起的进气道不起动/再起动特性,从流动稳定性角度分析了进气道不起动/再起动滞环特性形成的原因;从进气道设计角度分析了三个楔面转折角对进气道不起动/再起动特性的影响,为进气道优化设计提供了参考;从改善进气道不起动/再起动特性的角度,分析了附面层抽吸和壁面冷却技术对进气道不起动/再起动特性的影响,为进气道主动控制提供了参考。  然后,对高超声速进气道起动/不起动模式分类进行了研究。在对高超声速进气道二维流场分析的基础上,定义了进气道的不同工作模式,分析了进气道不起动的数据组成;利用支持向量机方法对高超声速进气道起动/不起动两种工作模式进行分类,得到进气道起动/不起动两种工作模式的分类面;利用Fisher线性判别分析方法对进气道起动/不起动分类面进行了优化研究,并最终得到了其最优分类面;为了克服传感器测量噪声和故障的影响,对进气道起动/不起动模式分类进行了多传感器信息融合研究。最后对进气道不起动工作模式进行了细化分类研究,分别利用支持向量机、Fisher线性判别分析方法和多传感器融合方法对不起动模式细化分类进行了应用研究。  最后,对高超声速进气道不起动边界和进气道不起动保护控制进行了探讨。利用量纲分析的方法和手段分析了进气道变工况特性,得到了高超声速进气道不起动边界的主要影响因素,为高超声速进气道不起动保护控制打下了基础;分析讨论了采用附面层抽吸技术和壁面冷却对高超声速进气道不起动边界的影响,从内在物理机理上给出了提高高超声速进气道不起动边界的原因;讨论了高超声速进气道不起动等裕度控制,定义了高超声速进气道不起动裕度系数,设计了高超声速进气道不起动等裕度控制系统;最后结合FLUENT和MATLAB各自的优点,利用网络通信协议实现了两者之间的数据传输,建立了分布参数系统闭环仿真平台,并对进气道不起动保护回路控制系统进行了仿真验证。
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