一种提高风扇稳定裕度的减速控制方法及装置

技术领域

本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种提高风扇稳定裕度的减速控制方法及装置。

背景技术

目前最新一代小涵道比涡扇发动机通常采用后视全遮挡加力燃烧室及二元喷管等发动机后向部件降低红外辐射特征信号，在配装后视全遮挡加力燃烧室及二元喷管后，需要提高主机外内涵压比以确保加力部件及二元喷管部件冷却气压力大于主流道压力，实现有效冷却。

目前通常采用减小涡扇发动机外涵面积的方法提高主机外内涵压比，这种方法虽然可以有效提高主机外内涵压比，但外涵面积的减小也提高了风扇工作线，降低了发动机的风扇稳定裕度。

发动机在减速过程中，风扇工作线在稳态工作线之上，稳定裕度进一步降低，在高空左边界风扇稳定裕度较小的区域工况下，发动机减速工作时极易引起风扇喘振，目前通常通过增加减速供油及减速时间，以实现风扇减速工作线变化较为平稳而不超出喘振边界的方法保证发动机稳定工作，缺点如下：

未在发动机减速工作过程中对整机控制规律进行优化设计，未充分发挥出整机工作潜力；随着减速时间的增加，飞机机动性能下降，影响到飞机空中工作能力及战技指标的实现，对飞机飞行任务的完成产生不利因素。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种提高风扇稳定裕度的减速控制方法及装置，通过放大喷管喉道面积，实现对整机减速工作过程的调整，进而降低发动机减速时间、提高飞机机动性能。

本申请第一方面提供了一种提高风扇稳定裕度的减速控制方法，主要包括：

步骤S1、获取发动机减速开始时刻的低压换算转速初始值及喷管喉道面积初始值，减速结束后的低压换算转速目标值及喷管喉道面积最大值；

步骤S2、对发动机减速过程中，由低压换算转速初始值降低至低压换算转速目标值的转速区间进行离散，形成多个低压换算转速控制量；

步骤S3、对每个低压换算转速控制量，确定在所选取的低压换算转速控制量的基础上，超转到所述低压换算转速初始值时，喷管喉道面积放大量，在所述喷管喉道面积初始值的基础上叠加所述喷管喉道面积放大量，形成第一候选值，同时确定在所选取的低压换算转速控制量下保持风扇稳定工作时的喷管喉道面积，作为第二候选值；

步骤S4、在所述第一候选值、第二候选值及所述喷管喉道面积最大值中进行低选，形成与所选取的低压换算转速控制量相对应的喷管喉道面积调节量；

步骤S5、当发动机进入减速过程时，根据实时低压换算转速，按照低压换算转速控制量与喷管喉道面积调节量之间的对应关系，调整喷管喉道面积。

优选的是，步骤S2中，以0.5％作为步长对所述转速区间进行离散。

优选的是，步骤S3中，确定在所选取的低压换算转速控制量下保持风扇稳定工作时的喷管喉道面积包括：

步骤S31、根据风扇部件特性确定风扇稳定工作时对应的风扇压比最低工作线，得到风扇换算流量与所述低压换算转速之间的第一函数关系，以及风扇压比与所述低压换算转速之间的第二函数关系；

步骤S32、根据所述第一函数关系及第二函数关系确定所选取的低压换算转速控制量所对应的风扇换算流量及风扇压比；

步骤S33、根据风扇换算流量及风扇压比确定喷管喉道面积。

优选的是，步骤S5中，通过插值的方式，确定与所述实时低压换算转速相对应的喷管喉道面积调节量。

本申请第二方面提供了一种提高风扇稳定裕度的减速控制装置，主要包括：

减速参数获取模块，用于获取发动机减速开始时刻的低压换算转速初始值及喷管喉道面积初始值，减速结束后的低压换算转速目标值及喷管喉道面积最大值；

低压换算转速离散模块，用于对发动机减速过程中，由低压换算转速初始值降低至低压换算转速目标值的转速区间进行离散，形成多个低压换算转速控制量；

喷管喉道面积计算模块，用于对每个低压换算转速控制量，确定在所选取的低压换算转速控制量的基础上，超转到所述低压换算转速初始值时，喷管喉道面积放大量，在所述喷管喉道面积初始值的基础上叠加所述喷管喉道面积放大量，形成第一候选值，同时确定在所选取的低压换算转速控制量下保持风扇稳定工作时的喷管喉道面积，作为第二候选值；

喷管喉道面积选取模块，用于在所述第一候选值、第二候选值及所述喷管喉道面积最大值中进行低选，形成与所选取的低压换算转速控制量相对应的喷管喉道面积调节量；

喷管喉道调节模块，用于当发动机进入减速过程时，根据实时低压换算转速，按照低压换算转速控制量与喷管喉道面积调节量之间的对应关系，调整喷管喉道面积。

优选的是，在所述低压换算转速离散模块中，以0.5％作为步长对所述转速区间进行离散。

优选的是，所述喷管喉道面积计算模块包括：

风扇压比最低工作线计算单元，用于根据风扇部件特性确定风扇稳定工作时对应的风扇压比最低工作线，得到风扇换算流量与所述低压换算转速之间的第一函数关系，以及风扇压比与所述低压换算转速之间的第二函数关系；

风扇换算流量及风扇压比计算单元，用于根据所述第一函数关系及第二函数关系确定所选取的低压换算转速控制量所对应的风扇换算流量及风扇压比；

喷管喉道面积计算单元，用于根据风扇换算流量及风扇压比确定喷管喉道面积。

优选的是，所述喷管喉道调节模块包括插值单元，用于通过插值的方式，确定与所述实时低压换算转速相对应的喷管喉道面积调节量。

本申请能够保证减速时间达到指标要求，提高飞机机动性能。

附图说明

图1为本申请提高风扇稳定裕度的减速控制方法一优选实施例的流程图。

图2为喷管喉道面积优化后风扇工作线示意图。

图3为减速过程中喷管喉道面积与低压换算转速匹配优化后调节计划示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请提供了一种提高风扇稳定裕度的减速控制方法及装置，在减速过程中，适当放大喷管喉道面积，实现减速过程中的整机优化匹配。根据涡扇发动机工作特性，在发动机喷管喉道面积放大时风扇工作线下移，但喷管喉道面积的突然放大会导致低压涡轮膨胀比急剧升高、低压涡轮功急剧增加，引起风扇超转，故可采用逐步放大喷管喉道面积，使之与低压换算转速的下降量相匹配的方式设置喷管喉道面积调节计划，实现减速过程中的整机优化匹配。

本申请第一方面提供了一种提高风扇稳定裕度的减速控制方法，如图1所示，主要包括：

步骤S1、获取发动机减速开始时刻的低压换算转速初始值n

步骤S2、对发动机减速过程中，由低压换算转速初始值降低至低压换算转速目标值的转速区间进行离散，形成多个低压换算转速控制量。

在一些可选实施方式中，以0.5％作为步长对所述转速区间进行离散。例如c)以0.5％为步长，在n

步骤S3、对每个低压换算转速控制量，确定在所选取的低压换算转速控制量的基础上，超转到所述低压换算转速初始值时，喷管喉道面积放大量，在所述喷管喉道面积初始值的基础上叠加所述喷管喉道面积放大量，形成第一候选值，同时确定在所选取的低压换算转速控制量下保持风扇稳定工作时的喷管喉道面积，作为第二候选值。

该步骤中，第一候选值记为A

对于第二候选值，在一些可选实施方式中，其计算过程主要包括：

步骤S31、根据风扇部件特性确定风扇稳定工作时对应的风扇压比最低工作线，得到风扇换算流量w

如图2所示，横坐标为风扇换算流量，纵坐标为风扇压比，图中最下实线为风扇最低工作线，最上实线为喘振边界，这两条实线之间选取一条兼顾多方利益的风扇稳态工作线，发动机减速时，原有控制系统给出了图中上虚线的控制规律，从图中可以看出，风扇逼近喘振边界，为防止其超过喘振边界，通常为加长减速时间，优化后，风扇减速工作线为下虚线，可见其处于安全区间内，风扇剩余裕度较高，既能实现快速减速，又能保证飞行安全。

步骤S32、根据所述第一函数关系及第二函数关系确定所选取的低压换算转速控制量所对应的风扇换算流量及风扇压比；

步骤S33、根据风扇换算流量及风扇压比确定喷管喉道面积，即第二候选值A

步骤S4、在所述第一候选值、第二候选值及所述喷管喉道面积最大值中进行低选，形成与所选取的低压换算转速控制量相对应的喷管喉道面积调节量。

该步骤中，最终确定的喷管喉道面积调节量A

A

步骤S5、当发动机进入减速过程时，根据实时低压换算转速，按照低压换算转速控制量与喷管喉道面积调节量之间的对应关系，调整喷管喉道面积。

在一些可选实施方式中，步骤S5中，通过插值的方式，确定与所述实时低压换算转速相对应的喷管喉道面积调节量。

如图3所示，优化后的喷管喉道面积调节计划中，发动机低压换算转速刚开始降低时，喷管喉道面积即跟随放大。相比于原有的喷管喉道面积调节计划，其能够减少减速时间，进而提高飞机机动性能，实现飞行任务的顺利完成。

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的提高风扇稳定裕度的减速控制装置，主要包括：

减速参数获取模块，用于获取发动机减速开始时刻的低压换算转速初始值及喷管喉道面积初始值，减速结束后的低压换算转速目标值及喷管喉道面积最大值；

低压换算转速离散模块，用于对发动机减速过程中，由低压换算转速初始值降低至低压换算转速目标值的转速区间进行离散，形成多个低压换算转速控制量；

喷管喉道面积计算模块，用于对每个低压换算转速控制量，确定在所选取的低压换算转速控制量的基础上，超转到所述低压换算转速初始值时，喷管喉道面积放大量，在所述喷管喉道面积初始值的基础上叠加所述喷管喉道面积放大量，形成第一候选值，同时确定在所选取的低压换算转速控制量下保持风扇稳定工作时的喷管喉道面积，作为第二候选值；

喷管喉道面积选取模块，用于在所述第一候选值、第二候选值及所述喷管喉道面积最大值中进行低选，形成与所选取的低压换算转速控制量相对应的喷管喉道面积调节量；

喷管喉道调节模块，用于当发动机进入减速过程时，根据实时低压换算转速，按照低压换算转速控制量与喷管喉道面积调节量之间的对应关系，调整喷管喉道面积。

在一些可选实施方式中，在所述低压换算转速离散模块中，以0.5％作为步长对所述转速区间进行离散。

在一些可选实施方式中，所述喷管喉道面积计算模块包括：

风扇压比最低工作线计算单元，用于根据风扇部件特性确定风扇稳定工作时对应的风扇压比最低工作线，得到风扇换算流量与所述低压换算转速之间的第一函数关系，以及风扇压比与所述低压换算转速之间的第二函数关系；

风扇换算流量及风扇压比计算单元，用于根据所述第一函数关系及第二函数关系确定所选取的低压换算转速控制量所对应的风扇换算流量及风扇压比；

喷管喉道面积计算单元，用于根据风扇换算流量及风扇压比确定喷管喉道面积。

在一些可选实施方式中，所述喷管喉道调节模块包括插值单元，用于通过插值的方式，确定与所述实时低压换算转速相对应的喷管喉道面积调节量。

本申请能够保证减速时间达到指标要求，提高飞机机动性能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。