【摘 要】
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固冲发动机被认为是中等超声速、中远程战术导弹的理想动力装置,但现行固冲发动机普遍采用固定几何简单结构方案,流道结构按照低速接力条件设计,高速巡航飞行时性能损失严重。因此提出复合调节固冲发动机的概念,通过进气道/燃气发生器/喷管复合调节提升发动机性能。固冲发动机的工作特性要求必须对其复合调节过程进行有效地控制,但由于可控变量、动态特性以及控制目标等方面的变化,现有方法无法实现对发动机工作状态的有效控
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固冲发动机被认为是中等超声速、中远程战术导弹的理想动力装置,但现行固冲发动机普遍采用固定几何简单结构方案,流道结构按照低速接力条件设计,高速巡航飞行时性能损失严重。因此提出复合调节固冲发动机的概念,通过进气道/燃气发生器/喷管复合调节提升发动机性能。固冲发动机的工作特性要求必须对其复合调节过程进行有效地控制,但由于可控变量、动态特性以及控制目标等方面的变化,现有方法无法实现对发动机工作状态的有效控制。为充分发挥进气道/燃气发生器/喷管复合调节带来的性能优势,本文针对复合调节固冲发动机的动力学建模、控制方法,以及其应用于战术导弹时的飞行/推进综合控制方法进行了研究,主要内容如下:(1)分别建立了复合调节固冲发动机各主要部件的性能和平衡模型、动力学环节模型及部件间的扰动传播模型,并根据部件的位置关系和发动机的参数响应过程,综合为发动机的非线性动力学模型。通过仿真对飞行条件扰动和进气道/燃气发生器/喷管调节时发动机的动态响应特性进行了研究,并分析了扰动传播过程和扰动传播处理方法对发动机动态响应特性的影响。(2)选取反映发动机工作状态,且期望得到准确控制的发动机推力和补燃室工作压力作为被控变量,推导了其在飞行条件扰动和进气道/燃气发生器/喷管复合调节下的动态响应,建立了复合调节固冲发动机的小扰动线性动力学模型。基于非线性动力学模型,通过仿真对线性动力学模型进行了验证;分析了线性动力学模型中系统参数的物理意义,并研究了相关时间常数和增益随飞行条件的变化规律。(3)分析了复合调节固冲发动机的控制目标和约束条件,根据发动机的动态响应特性,提出了通过进气道调节提升发动机性能上限,通过燃气发生器/喷管调节控制推力和补燃室工作压力,充分发挥发动机最佳性能,并保护发动机工作状态的控制策略。提出了进气道调节控制的简化方法和控制指令计算方法。针对推力和补燃室工作压力回路间的耦合特性和回路中的负调特性,采用INA方法和频域信息融合方法进行PI控制器设计,在此基础上提出了推力/补燃室工作压力控制器设计流程,并通过非线性仿真对所提出的控制方法进行了验证。针对发动机工作过程中的各种限制条件,研究了主动/被动保护方法,并着重分析了被动保护方法的稳态性能和动态特性。(4)分析了导弹飞行状态与发动机工作状态间的耦合关系,采用递阶分散方法对飞行控制系统和推进控制系统进行综合,建立了飞行/推进综合控制系统,并根据综合控制系统工作原理,提出了综合控制指令计算方法和控制指令分配方法。基于综合系统的功能和子系统的物理特性,建立了飞行/推进综合仿真平台,针对典型作战任务,对本文所提出的飞行/推进综合控制方法进行了仿真验证。
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