飞机发动机控制 设计、系统分析和健康监视PDF电子书下载

第1章 发动机控制系统综述 1

1.1 控制系统专业术语 5

1.2 燃气涡轮发动机控制系统介绍 6

1.3 发动机控制系统的发展史 9

1.3.1 初始阶段 10

1.3.2 成长阶段 11

1.3.3 电子化阶段 13

1.3.4 综合化阶段 17

1.3.5 飞行研究与先进控制 19

1.3.6 控制系统的复杂性 22

1.3.7 历史上的重要发动机 25

参考文献 30

第2章 发动机建模与仿真 35

2.1 稳态发动机模型 35

2.2 动态发动机模型 36

2.2.1 转子动力学——惯性效应 36

2.2.2 压力动力学——质量存储效应 41

2.2.3 温度动力学——能量存储效应 42

2.3 整台发动机动力学的建模 43

2.4 作动器和传感器动力学的建模 46

2.4.1 液压作动器 46

2.4.2 气动作动器 51

2.5 高逼真度发动机仿真 52

2.5.1 美国空军通用涡扇发动机模型 52

2.5.2 NASA通用涡扇发动机模型 55

2.6 发动机线性模型的导出 56

2.6.1 非线性仿真导出线性模型 56

2.6.2 按试验／运行数据的模型辨识 58

参考文献 60

第3章 模型降阶和动态分析 63

3.1 发动机动态举例 63

3.2 值得关注的频谱 65

3.3 基本控制带宽内的主导动态 66

3.3.1 通过频谱分解进行模型降阶 66

3.3.2 基于奇异值分解的模型降阶（平衡实现） 71

3.4 发动机和飞机动态综合 72

3.4.1 涡轴发动机动态 74

3.4.2 发动机和机身的兼容性问题 78

3.4.3 直升机旋翼和涡轴发动机 80

3.5 发动机动态变化 82

参考文献 84

第4章 稳态控制器设计 87

4.1 单轴发动机控制器设计 88

4.1.1 单轴发动机根轨迹设计 89

4.1.2 单轴发动机频率响应设计 94

4.2 双轴发动机控制器设计 95

4.2.1 不带作动器动态的双轴发动机PI控制律设计 97

4.2.2 带有作动器动态的双轴发动机PID控制律设计 100

4.3 涡轴发动机控制设计 100

4.3.1 动力涡轮转速反馈控制 102

4.3.2 旋翼负载预期前馈控制 102

4.3.3 最优燃油消耗量自适应控制 103

4.4 稳态控制的某些实际问题 104

4.4.1 不同控制律下的发动机响应 104

4.4.2 用燃油流量比作控制变量 106

参考文献 108

第5章 过渡态和限制控制器设计 109

5.1 基于计划的过渡态控制器设计 110

5.1.1 控制计划概念 111

5.1.2 加速控制 112

5.1.3 减速控制 113

5.2 过渡态控制中应考虑的非线性问题 114

5.2.1 增益调参 114

5.2.2 抗积分卷积 116

5.2.3 减速喘振 117

5.3 基于加速度的过渡态控制器设计 118

5.3.1 n控制概念 118

5.3.2 双轴涡扇发动机n控制设计 120

5.3.3 基于计划的控制与n控制的对比 123

5.4 限制保护控制器设计 124

5.5 旋翼飞机发动机应考虑的问题 127

5.5.1 功率管理 127

5.5.2 自适应加速控制和消喘控制 128

参考文献 128

第6章 控制系统综合 130

6.1 概述 130

6.2 功率设定 131

6.2.1 起飞功率计划 131

6.2.2 慢车功率计划 133

6.2.3 部分功率 134

6.2.4 调整功能和自动调整 135

6.3 瞬时计划 136

6.3.1 加速计划 137

6.3.2 减速计划 138

6.4 控制模式 139

6.5 发动机附件 141

6.5.1 附件的分类 141

6.5.2 电子控制器 142

6.6 控制器综合实例 145

6.6.1 单轴发动机控制器的设计和综合 145

6.6.2 双轴发动机控制器的设计和综合 151

参考文献 155

第7章 先进控制概念 156

7.1 多变量控制 156

7.1.1 多变量设计主题问题 156

7.1.2 频域方法 161

7.1.3 时域方法 163

7.1.4 多变量控制方法比较 164

7.2 主动间隙控制 165

7.2.1 ACC建模 167

7.2.2 线性控制律设计 169

7.3 主动失速和喘振控制 171

7.3.1 作动器的挑战 172

7.3.2 作动器设计 172

7.3.3 作动器模型 173

7.3.4 作动器试验结果 176

7.4 主动燃烧控制 179

7.4.1 作动器设计 180

7.4.2 作动器模型 181

7.4.3 作动器试验结果 182

参考文献 185

第8章 发动机监视和健康管理 189

8.1 基本概念 189

8.1.1 安全性、可靠性和可用性 189

8.1.2 异常、故障和失效 190

8.1.3 诊断和预测 192

8.1.4 维修概念 193

8.1.5 保障概念 195

8.2 监视系统设计 196

8.2.1 系统需求 196

8.2.2 系统体系结构 197

8.2.3 监视性能 197

8.2.4 监视功能 198

8.2.5 软件体系结构 199

8.2.6 算法 200

8.3 监视算法设计 201

8.3.1 最小二乘法估计 201

8.3.2 卡尔曼滤波器 202

8.3.3 概率估计——贝叶斯方法 203

8.3.4 混合模型估计 204

8.4 根据周期性记录的数据进行趋势监视 206

8.4.1 基于数值化方法趋势监视的数例 206

8.4.2 趋势图和阈值 207

8.4.3 基于物理建模来提高精确性 210

8.4.4 告警规则 212

参考文献 213

第9章 综合控制和健康监视 217

9.1 综合架构、能力和要求 217

9.1.1 综合架构 217

9.1.2 经济可承受能力 218

9.1.3 对监视系统的要求 219

9.2 延长寿命控制 222

9.2.1 部件损伤 223

9.2.2 控制设计 224

9.3 安全保障控制 227

9.3.1 重置限制控制 228

9.3.2 高增益控制 229

9.4 直升机发动机的快速响应控制 231

9.4.1 涡轮放气控制模式 232

9.4.2 直升机／发动机综合模型 233

9.4.3 比例控制律设计 237

参考文献 239

附录A自动控制系统基础知识 242

A.1开环控制和闭环控制 242

A.2线性动态系统描述 244

A.2.1 控制系统的频域表达 245

A.2.2 控制系统的时域表达 248

A.3 基本控制律 251

A.3.1 比例控制律 251

A.3.2 积分控制律 251

A.3.3 微分控制律 252

A.3.4 比例—积分—微分控制律 252

A.4 线性动态系统分析 253

A.4.1 状态方程的解 253

A.4.2 拉普拉斯变换求解 254

A.4.3 可控性和可观性 255

A.4.4 性能 256

A.4.5 稳定性 259

A.5 两种线性控制设计方法 262

A.5.1 根轨迹设计方法 263

A.5.2 频率响应设计方法 265

A.6 非线性动态系统 267

A.6.1 非线性系统的性质 269

A.6.2 常见的非线性特性 269

参考文献 272

附录B燃气涡轮发动机性能与工作特性 273

B.1前言 273

B.2工作包线和标准大气 274

B.3完全理想气体的热力学性能 276

B.4燃气流的总参数 278

B.4.1 滞止温度或者总温 279

B.4.2 滞止压力或者总压力 279

B.4.3 T/Tt和p/pt是马赫数的函数 279

B.4.4 质量流量参数 281

B.5无量纲的修正参数和部件特性 282

B.5.1 风扇和压气机特性图 284

B.5.2 涡轮特性 284

B.6基本发动机性能模型 286

B.6.1 流量的连续性 286

B.6.2 涡轮特性 287

B.6.3 发动机工作线 288

B.6.4 发动机控制和θ转折点 289

B.6.5 发动机燃油流量 291

B.6.6 发动机转速的变化 292

B.6.7 燃气发生器增压特性 293

B.6.8 发动机非安装推力和燃油消耗量 294

B.6.9 单轴涡喷发动机的基本非线性稳态发动机性能方程 296

B.7 工作适用性分析 298

B.7.1 压气机工作 299

B.7.2 涡轮工作 305

B.7.3 主燃烧室工作 305

参考文献 305

索引 307

支撑资料 321

译者后记 322