[发明专利]一种航空发动机高空小表速抖振抑制方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机高空小表速抖振抑制方法，首先，获得航空发动机高空小表速燃油与转速的开环和闭环传递函数；其次，定义闭环控制对航空发动机干扰振动的放大函数；设计最优闭环控制增益以达到抗干扰性能指标；然后，检验最优闭环控制增益满足发动机动态和稳态性能要求；最后，确认最优闭环控制增益。本发明可消除或减轻航空发动机在高空低速飞行包线中的振动量，达到抑制高空小表速抖振的目的。

技术领域

本发明属于航空发动机控制领域，具体涉及一种航空发动机高空小表速抖振抑制方法。

背景技术

作为高安全性和高可靠性的航空发动机系统，适航规章对其整机振动做出了严苛的规定，要求在整个飞行包线、整个转速和推力范围内，不应因过量振动致零部件应力过大或将过大振动力传递至飞行器。因此，必须对航空发动机的振动加以控制。然而，引起航空发动机振动的原因很多，转轴不对中、装配误差、轴承损伤、燃烧室激振、压气机喘振等均能引起发动机的过量振动。在工程实践中，通常是通过减小装配误差来减轻过量振动致零部件应力过大；而通过在传递路径上加装阻尼器来减小将过大振动力传递至飞行器。例如专利CN109489979A公开了一种发动机振动与机匣类零组件相关性的分析方法，其目的即是通过确定机匣类零组件的关键影响因子控制值，以达到降低发动机翻修成本和提升装配质量的目标；而专利CN110552995A则公开了一种航空发动机减振拉杆，通过消耗发动机辅助吊挂处的振动能量来隔离发动机和飞机机体。

在实际工程中，还经常遇到另一种振动问题：飞机在高空低速飞行中，发动机产生剧烈振动，甚至引发控制系统发出空中停车指令。这被称为“高空小表速抖振”的发动机振动问题极其严重但又非常特殊，主要体现在：(1)高空空气稀薄，点火器二次点火困难，使得空中停车成为引发飞行事故甚至坠毁的主要原因之一；(2)高空小表速抖振在实际工程中虽然经常出现，但是至今仍然没有完全明白其原因；(3)高空小表速表现在飞行高度高、马赫数低，相应地发动机进口的空气流量很小、空气温度和压力很低(压力5-10kPa、温度-40°、流量3-5kg/s)，超出了高空台设计工作范围，因此难以通过地面高空台试验对其机理进行探究。注意到飞行过程中，大表速不抖振，但是小表速抖振，说明不是装配、破损等结构性因素，很可能是航空发动机作为一个动力系统本身的一个特性，因此需要从动力系统抗干扰特性的角度进行分析。本发明即从动力系统控制角度，提出一种航空发动机高空小表速抖振抑制方法。

发明内容

发明目的：针对航空发动机高空小表速抖振问题，本发明提出一种航空发动机高空小表速抖振抑制方法，可消除或减轻航空发动机在高空低速飞行包线中的振动量，达到抑制高空小表速抖振的目的。

技术方案：本发明所述的一种航空发动机高空小表速抖振抑制方法，包括以下步骤：

(1)获得航空发动机高空小表速燃油与转速的开环和闭环传递函数；

(2)定义闭环控制对航空发动机干扰振动的放大函数；

(3)设计最优闭环控制增益以达到抗干扰性能指标；

(4)检验最优闭环控制增益是否满足发动机动态和稳态性能要求；

(5)如果控制增益同时满足步骤(3)和步骤(4)提出的抗干扰性能指标和稳态性能指标，则确认该最优设计；否则返回步骤(3)和(4)。

进一步地，所述步骤(1)包括以下步骤：

(11)获得航空发动机高空小表速燃油与转速的发动机开环传递函数：

其中，G_E(s)为发动机开环传递函数；s为拉普拉斯复变量；a、b、c和d为实系数；

(12)航空发动机在高空、低速飞行时，全权限电子控制器采用比例控制，闭环传递函数表示为：