超声速状态,航空发动机安装性能、稳定性以及安全性均受到极大考验,尤其是超声速进气道与发动机匹配耦合问题更为显著,其中包含航空发动机推力不足、加减速性能不良以及易进喘等一系列问题。为解决超声速状态航空推进系统不匹配问题,本文基于推进系统一体化思想,考虑推进系统安装性能参数,以建模、试验以及综合优化控制为手段针对发动机与超声速进气道耦合匹配问题进行了深入研究探索,具体包含超声速进气道/发动机一体化建模控制研究、超声速状态推进系统稳态及过渡态性能寻优控制、推进系统近喘失速预测研究以及推进系统高稳定性控制研究等内容。首先,本文对推进系统一体化模型进行研究。提出了包含超声速进气道内外流模型以及尾喷管外流模型的推进系统一体化部件级模型,对推进系统共同工作及安装性能实时模拟仿真。与原有推进系统模型相比,本文所建立部件级模型进行进气道/发动机匹配耦合机理,可准确计算全包线、全状态进发耦合状态下的推进系统安装性能参数;同时为解决推进系统在低速低马赫情况下其共同工作方程发散情况,提出基于信赖域函数的信赖域牛顿一次通过算法,可有效解决推进系统共同工作收敛性问题。其次,研究了超声速巡航状态下航空推进系统稳态性能寻优控制。提出了进气道与发动机综合实时优化控制方法,并以推进系统安装性能为优化控制参数,使得推进系统性能寻优控制具有实际应用价值;设计改进的推进系统蜕化估计模块,使其在超声速巡航包线范围内准确估计推进系统蜕化量并应用于性能寻优控制中。仿真结果表明本文提出的优化控制方案相比较发动机单独作为优化对象的性能寻优控制方案具备更好的优化性能指标,使推进系统实现超声速巡航优化控制成为可能,具备较好的工程应用价值。再次,研究了推进系统加速以及减速过程优化控制。提出了一种基于进气道、发动机及尾喷管一体化过渡态优化控制方法,并设计基于发动机状态变量及飞行条件控制的超声速进气道控制器,提出适用于推进系统一体化模型的改进不精确一维搜索算法,避免传统方案在气流不稳定情况下的扰动因素。仿真结果表明本文设计的超声速进气道控制器具有良好的稳态及动态性能,并使得本文提出的推进系统一体化过渡态优化控制方案更好地实现推进系统过渡态优化控制。然后,为研究推进系统近喘失速规律,本文根据航空发动机工作环境条件,进行了压气机在均匀进气及畸变进气条件下近喘失速试验。提出了一种改进的基于压气机压力信号相关度测量的失速预测算法,针对压气机由正常工作到失速工况下压力信号分别在时域及频域内进行分析,得出最适宜作为压气机失速预测观测位置;针对压气机叶尖压力系数自相关性数据与压气机喘振裕度的线性相关性,基于傅里叶叠加原理提出并建立了压气机叶尖压力模型,为基于失速预测的主动控制提供了必要可靠的仿真模型。最后,进行了推进系统稳定性控制研究。提出并设计基于推进系统过渡态优化控制数据的超声速进气道过渡态控制器,在推进系统过渡态过程中实时控制斜板角度实现最优匹配;基于发动机状态参数及飞行状态建立了包含进气道出口流场畸变指数的喘振裕度估计模型,设计了发动机直接喘振裕度控制方案;为了进一步提高推进系统在过渡态快速响应中的安全性,融合了基于相关度测量的主动限制保护回路。仿真结果表明上述控制可主动限制风扇等压缩部件进入近喘失速状态,可有效保证推进系统安全、稳定、可靠的实现推进系统加速过程,具有较高的工程应用价值。