徐燾++王巖++張偉

摘 要：航空動力裝置的發(fā)動機模型是開展航空物理實驗、發(fā)動機研究、速度管理、數(shù)字化運行的關鍵。利用渦軸發(fā)動機進行數(shù)字化模擬，判斷動力裝置的速度化性質。參考相關文獻展開對航天動力裝置速度控制的研究。通過對切換器的動力轉換設計出基于加速度控制、穩(wěn)態(tài)控制的相關設計，對加速器的運行過程實施保護。該試驗結果表明，對于航天動力裝置加減速控制具有較強的現(xiàn)實操作性。

關鍵詞：動力裝置；加速器；保護

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

航天動力裝置在科學技術發(fā)展的要求之下對于其性能的要求也在不斷提高。其中動力裝置的加減速控制需要越來越精確，燃油控制也要更加重視。燃油控制在動力控制中屬于最根本的地位。燃油穩(wěn)態(tài)控制是對于動力的運行和操作都呈現(xiàn)穩(wěn)定的態(tài)勢，但是對于加速裝置和動力裝置是過渡態(tài)勢，這里要求過渡的平穩(wěn)性和爆發(fā)力，對速度要求比較高。加速減速的控制是航天動力研究的關鍵領域，是過渡區(qū)的關鍵部分，也是研究的重點。由于電子信息技術的不斷發(fā)展，對于航天動力的控制也逐漸變成電子控制，這減輕了工作人員的壓力，減輕了操作復雜性。PID控制是用在燃油控制上面的一個控制方法，可以有力地提升控制的精確性。

一、渦軸機發(fā)展歷史

世界上第一臺渦軸機是由一個美國人在20世紀中期發(fā)明創(chuàng)造的。在渦軸機被發(fā)明之后便不斷得到改進和創(chuàng)新，渦軸機具有以下幾個特點，身輕、體小、易操作、動力大。這些特點在渦軸機實際運用時發(fā)揮了很大的作用。漸漸地渦軸機被運用到航天領域，飛機會用到它。隨著渦軸機不斷地改進，渦軸機被運用到各個領域，在動力裝置面前樹立了一道豐碑。很多船舶和軍工交通工具也運用到了發(fā)動機，因此對于渦軸機的研究也漸漸步上更深一層領域。一些資本主義國家首先進行了發(fā)動機研究，對渦軸發(fā)動機進行改進，促進渦軸發(fā)動機進行更新?lián)Q代。美國的VAATE計劃便是其中典范，其針對渦軸發(fā)動機進行了深入地研究。渦軸發(fā)動機的綜合性能指標不斷提高和優(yōu)化，為新型號的研制提供了堅實的技術基礎，有力地支持了產(chǎn)品的不斷升級換代，牢牢地占據(jù)了世界航空發(fā)動機技術的領先地位。時至今日，發(fā)動機已經(jīng)進展到了第四代發(fā)展階段。20世紀中期為第一代；60年代進行再發(fā)展；80年代進行創(chuàng)新改革；90年代是第四代的發(fā)展。

1.我國渦軸發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀

我國的渦軸發(fā)動機的發(fā)展歷史并不長，僅有短短30年的歷史。因此對于渦軸發(fā)電機的研究并沒有像歐美發(fā)達國家一樣深入，我國的渦軸發(fā)動機的技術水平比較低，理論研究和實際應用銜接不夠精準，對于發(fā)動機研究沒有一套比較詳細的計劃方案。因此在渦軸發(fā)動機的設計發(fā)展上我們落后別人一大截，為了追趕科技發(fā)展的腳步必須進行改革創(chuàng)新，進行深入性研究階段。目前的市場多依靠國外的渦軸發(fā)動機，進行引進。但是引進的發(fā)動機水平普遍性不高。所以對于渦軸發(fā)動機的研究迫在眉睫。

二、渦軸發(fā)動機的狀態(tài)控制

渦軸發(fā)動機的狀態(tài)控制又有3個方面，一個是穩(wěn)態(tài)控制還有限制保護控制以及過渡態(tài)控制。穩(wěn)態(tài)控制是其中的一個基礎控制。穩(wěn)態(tài)控制中會運用到加減速控制回路。這是一個對于航天動力裝置的控制，是我們一致的重點研究對象。PID控制回路就是其中一個重要研究對象。

基于對渦軸發(fā)動機的研究，設計人員明確研究目標，對于相關控制器做了說明。其中對于加減速控制是研究重難點。對于加減速運動進行有效地控制要采用PID控制和傳統(tǒng)的控制方法相結合。利用非線性控制理論去進行加減速控制。PID控制是一種在BP神經(jīng)網(wǎng)上的控制。這種控制取得了良好的成效。在發(fā)動機操控過程中通過加減速進行參數(shù)調整。在確保控制器的安全前提下進行相關性操作。通過限制燃油量來進行一種安全狀態(tài)保護就是限制保護控制（如圖1所示）。限制保護控制器會對發(fā)動機的性能做出測評，可以有效地保證發(fā)動機運行時的安全，防止出現(xiàn)不必要的損失。

加減速控制是我軸發(fā)動機速度控制中的重要一環(huán)。它能夠保證發(fā)動機的功率狀態(tài)穩(wěn)定，對于功率轉換有很大的平衡穩(wěn)定、快速性。加減速運動中，發(fā)動機承受的壓力會比較大，為了保證發(fā)動機的狀態(tài)穩(wěn)定，要通過多個外部控制進行穩(wěn)定調整。因此對于渦軸發(fā)動機的加減速過程的回路設計是非常重要的?？梢酝ㄟ^對PID控制的掌握，還要選擇合適的變量進行控制，實現(xiàn)航天動力裝置的加減速有效切換。航空動力裝置加減速控制起始并終止于穩(wěn)態(tài)過程。穩(wěn)態(tài)控制回路是一個基礎性控制?？梢酝ㄟ^轉子轉速和動力裝置壓縮系統(tǒng)增壓比EPR都能有效反映動力裝置的推力和功率，因此，穩(wěn)態(tài)控制回路通?？稍O計為以或EPR為被控變量的閉環(huán)PID控制回路（如圖2所示）。經(jīng)典控制理論中的PID控制器由于其易實現(xiàn)、魯棒性強等特點，在航空動力控制領域中得到廣泛應用。

以差分方程表示的計算方法如下。

三、限制保護

可以使用組合型的控制器進行動力裝置的保護。有些動力裝置會出現(xiàn)一些預期以外的事故，使動力裝置異常。而限制保護則是通過一些強制性的條件對動力裝置進行約束，避免動力裝置被破壞。

四、相關保護措施

1.轉子轉速

當動力裝置出現(xiàn)超轉的現(xiàn)象時通常是由傳感器失效等狀況導致的。因此需要對動力裝置的轉速進行限制。限速有對高壓轉子轉速的限制和低壓轉速轉子的限制，也就是雙轉子動力限制。

2.防止壓力機出口超壓

動力裝置通常是有低壓出口的壓力限制，這個壓力限制通常是為了除冰或者是對換氣系統(tǒng)引換氣。對壓力機的出壓值進行壓力最大值的限制。對航天動力裝置中的各種動力數(shù)據(jù)進行比對限制?？梢酝ㄟ^PID控制器進行數(shù)據(jù)監(jiān)控，確定限制壓力數(shù)值，對電流限幅。

五、減速實驗

將發(fā)動機的轉速進行相關調整，一般是調整到最大轉速的90%，在轉速穩(wěn)定后再進行轉速降低調整?？梢酝ㄟ^對油門桿角度進行調整。在前50個時間單位內，燃油速度降低，轉速也降低。在第50個時間單位后，轉速平緩地下降，切換器已將控制權由減速控制器交給穩(wěn)態(tài)控制器，過渡過程平順。減速控制算法在時間、穩(wěn)定性和準確性上達到設計要求。

結語

對航天動力裝置進行各項數(shù)據(jù)勘測和對加減速進行控制是航天動力研究的重難點。本文就航空動力裝置的加減速裝置進行分析。渦軸機動力控制和穩(wěn)態(tài)控制回路是動力控制的重要基點。通過對相關文獻的參考對于航天動力裝置速度控制進行研究，對于切換動力轉換裝置進行研究。通過相關的電子操作系統(tǒng)進行科學化管理。穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)是動力轉換中的一個重要環(huán)節(jié)，對穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)的設計需要進行重點設計。

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