X型发动机防喘系统建模与仿真
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摘要
本课题来源于航空工业总公司第一集团贵航发动机研究所，该所在将WP13AⅡ发动机改型为WP13B发动机后由于工作点变化导致发动机防喘切油过程异常，本课题的研究目的就是通过对发动机防喘切油过程进行建模和仿真，来探讨防喘调节器各结构尺寸与发动机及调节器各参数之间的关系，以及WP13B发动机防喘切油故障的原因，并给出防喘装置改进设计的具体措施。
本文对防喘调节器及与防喘切油过程密切相关的主调节器部分部件进行了仿真。由于切油过程各截面参数变化比较剧烈，因此需对各部件进行动态仿真。仿真采用的主要方法是以流量连续方程和力平衡方程为基础采用部件法建模，并应用高级液压系统建模仿真软件AMESim进行了仿真验证。然后利用仿真程序对主、副油路节流嘴尺寸及升压限制器投入工作点等结构参数对防喘切油过程的影响进行了研究。
研究表明：发动机防喘切油过程异常的主要原因是切油过程油压变化过于剧烈导致发动机燃烧室燃烧不稳定，适当修正防喘调节器主、副油路节流嘴直径可以使这一现象得到改善。
The thesis is from Guizhou Aero-Engine Research Institute, member of China Aviation Industry Corporation I. Researchers in the institute remodeled WP13AII engine into WP13B engine, resulting in the changing of the operating point and thus the abnormity of anti-surging regulator. The author aims to probe into the relation among the parameters of the anti-surging regulator, of the engine and of the main fuel regulator, ravel the failure and show how to modify the anti-surging equipment by accomplishing the modeling and simulation of the process.
Simulation research is implemented in the paper respectively to the anti-surging regulating equipments and to some components of main controller closely related to the anti-surging regulating process. The author adopts dynamic simulation of each element to solve the problem of intense changing of the sectional parameters. Two methods are used in the paper. One is element-method modeling based on the flow continuity equation and force balance equation. The other is simulating with AMESim, an advanced modeling and simulating software of hydraulic system. With the program the author also researched how the anti-surging regulating process is affected by the parameters of the main throttle, the vice throttle and the operating point of the pressure-increasing limiter.
The conclusion is that the abnormity of the anti-surging regulating process is mainly due to the unstable burning of the firebox because of the intense changing of the regulating process. And the problem is resolved by means of modifying the
diameter of the main throttle and the vice throttle.
本文对防喘调节器及与防喘切油过程密切相关的主调节器部分部件进行了仿真。由于切油过程各截面参数变化比较剧烈，因此需对各部件进行动态仿真。仿真采用的主要方法是以流量连续方程和力平衡方程为基础采用部件法建模，并应用高级液压系统建模仿真软件AMESim进行了仿真验证。然后利用仿真程序对主、副油路节流嘴尺寸及升压限制器投入工作点等结构参数对防喘切油过程的影响进行了研究。
研究表明：发动机防喘切油过程异常的主要原因是切油过程油压变化过于剧烈导致发动机燃烧室燃烧不稳定，适当修正防喘调节器主、副油路节流嘴直径可以使这一现象得到改善。
The thesis is from Guizhou Aero-Engine Research Institute, member of China Aviation Industry Corporation I. Researchers in the institute remodeled WP13AII engine into WP13B engine, resulting in the changing of the operating point and thus the abnormity of anti-surging regulator. The author aims to probe into the relation among the parameters of the anti-surging regulator, of the engine and of the main fuel regulator, ravel the failure and show how to modify the anti-surging equipment by accomplishing the modeling and simulation of the process.
Simulation research is implemented in the paper respectively to the anti-surging regulating equipments and to some components of main controller closely related to the anti-surging regulating process. The author adopts dynamic simulation of each element to solve the problem of intense changing of the sectional parameters. Two methods are used in the paper. One is element-method modeling based on the flow continuity equation and force balance equation. The other is simulating with AMESim, an advanced modeling and simulating software of hydraulic system. With the program the author also researched how the anti-surging regulating process is affected by the parameters of the main throttle, the vice throttle and the operating point of the pressure-increasing limiter.
The conclusion is that the abnormity of the anti-surging regulating process is mainly due to the unstable burning of the firebox because of the intense changing of the regulating process. And the problem is resolved by means of modifying the
diameter of the main throttle and the vice throttle.
引文
【1】樊思齐、徐芸华(著)，《航空推进系统控制》，西北工业大学出版社，1995年8月
【2】曾俊英(主编)《航空动力装置控制》(元件部分)，航空工业出版社，1995年8月
【3】西工大、北航(合编)《工程流体力学》，国防工业出版社，1980年8月
【4】祁英、孟庆明(著)，《FWS—10发动机主燃油控制系统建模与仿真研究报告》，北京航空航天大学，1997年3月
【5】樊思齐(著)，《机载武器发射对发动机稳定性影响的研究》，研究报告
【6】盛敬超(编)，《液压流体力学》，机械工业出版社，1985年5月
【7】胡世民、孙建国等(著)，《航空发动机自动控制系统》，南京航空学院，1992年2月
【8】四二零厂设计所，《P-29发动机防喘系统介绍》，1981年12月
【9】刘小雷(著)《WP-13发动机性能模拟计算》，1988年2月
【10】西工大、南航、北航(合编)，《航空燃气涡轮发动机原理》，国防工业出版社，1981年8月
【11】唐狄毅、廉小纯(著)，《航空燃气轮机原理》(下册)，国防工业出版社，1990年9月
【12】[苏]聂恰耶夫(著)，单凤桐、程振海(译)，《航空动力装置控制规律与特性》，国防工业出版社，1999年5月
【13】吴琪华、贺惠珠、张加桢(编)，《航空发动机调节》，国防工业出版社，
1986年4月
【14】唐狄毅、廉小纯(编)，《航空燃气轮机原理》，国防工业出版社，1990年9月
【15】吴振顺(著)，《液压系统仿真与CAD》，哈尔滨工业大学出版社，2000年11月
【16】林国重、盛东初(编)，《液压传动与控制》，北京理工大学出版社，1986年6月
【17】马静(著)，《X型燃油调节器的建模和仿真》，西北工业大学硕士学位论文，2002年3月
【18】李培滋、王占林(编)，《飞机液压传动与伺服控制》(上册)，国防工业出版社，1979年7月
【19】李培滋、王占林(编)，《飞机液压传动与伺服控制》(下册)，国防工业出版社，1979年7月
【20】何存兴、王明智(编)，《液压传动与气压传动》(第二版)，华中科技大学出版社，2000年8月
【21】李玉琳(编)，《液压元件与系统设计》，北京航空航天大学出版社，1991年12月
【22】刘长年(著)，《液压伺服系统的分析与设计》，科学出版社，1985年4月
【23】管彦深、张加桢(著)，《航空动力装置控制》(系统部分)，国防工业出版社，1984年12月
【24】顾民、曾俊英、梁万云、陈铮(著)，《航空动力装置》(元件部分)，国防工业出版社，1984年12月
【25】吴琪华(著)，《航空发动机自动控制》，西北工业大学出版社，1985年
4月
【26】贾铭新、曹诚明(著)，《液压传动与控制》，哈尔滨工业大学出版社，1995年7月
【27】周连山、庄显义(著)，《液压系统的计算机仿真》，国防工业出版社，1986年6月
【28】《航空发动机设计手册》总编委员会(编)，《航空发动机设计手册》第15册(控制及燃油系统)，航空工业出版社，2002年1月
【29】陆元章(编)，《液压系统的建模与分析》，上海交通大学出版社，1989年7月
【30】《航空喷气发动机自动控制设计手册》编写组(编)，《航空喷气发动机自动控制设计手册》(下册)，国防工业出版社，1984年6月
【31】盛敬超(著)，《液压流体力学》，机械工业出版社，1986年2月
【32】张磊(著)，《实用液压技术》，机械工业出版社，1998年12月
【33】马长之、叶俊之、李金良(著)，《液压伺服控制系统》，煤炭工业出版社，1990年5月
【34】李寿刚(编)，《液压传动》，北京理工大学出版社，1994年5月
【35】胡寿松(著)，《自动控制原理》，国防工业出版社，1990年
【36】林建亚、何存兴(编)，《液压元件》，机械工业出版社，1998年1月
【37】同本液压气动协会编，《液压气动手册》，机械工业出版社，1984年11月
【38】谭浩强(著)，《C语言设计》，清华大学出版社，1995年4月
【39】谭浩强、田淑清(著)，《FORTRAN77语言—FORTRAN77结构化程序设计》，清华大学出版社，1993年6月
【40】Isermann R. (1999) Mechatronische Systeme. Springer. Berlin, Germany.
[41] Alirand M., Favennec G., Lebrun M., "Pressure component stability analysis: A revisited approach". Int. Journal of Fluid Power, vol. 3． n?1． April 2002, pp 33-46
[42] Favennec G., Alirand M., Lebrun M., "Optimal response of pressure reducer and stability influence of the downstream line dynamics", 2 nd Fluid Power Net Int. PhD Symposium, Modena, Italy, July 2002, pp 1-10
[43] Gagne G., Sellier F., Romand C., "Simulation and design process of mechatronic systems", Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components,Toulouse, France, October 2002, pp 69-75
[44] Kruisbrink A.C.H., "Modelling of safety and relief valves in water hammer computer codes", Proceedings of the 3 rd Int. Conference on Valves and Actuators, Oxford,England, 1990, pp 137-149
[45] MacCloy D., Martin H.R., "Control of Fluid Power: Analysis and Design", Ellis Horwood Ltd Publisher, 2nd Edit., 1980
[46] Merritt H.E., "Hydraulic Control System", John Wiley & Sons Publisher, 1967
[47] Shuxing Y., Shulan W., Xiangzhu L., Fan C., "On the frequency response characteristics of PWM high-speed on-off valves", 2nd Japanese Hydraulic and Pneumatic Society Int. Symposium on Fluid Power, Tokyo, Japan, November 1993, pp 459-463
[48] Ullman D.G., "The mechanical design process", Mac Graw-Hill Edit.. 1992
【2】曾俊英(主编)《航空动力装置控制》(元件部分)，航空工业出版社，1995年8月
【3】西工大、北航(合编)《工程流体力学》，国防工业出版社，1980年8月
【4】祁英、孟庆明(著)，《FWS—10发动机主燃油控制系统建模与仿真研究报告》，北京航空航天大学，1997年3月
【5】樊思齐(著)，《机载武器发射对发动机稳定性影响的研究》，研究报告
【6】盛敬超(编)，《液压流体力学》，机械工业出版社，1985年5月
【7】胡世民、孙建国等(著)，《航空发动机自动控制系统》，南京航空学院，1992年2月
【8】四二零厂设计所，《P-29发动机防喘系统介绍》，1981年12月
【9】刘小雷(著)《WP-13发动机性能模拟计算》，1988年2月
【10】西工大、南航、北航(合编)，《航空燃气涡轮发动机原理》，国防工业出版社，1981年8月
【11】唐狄毅、廉小纯(著)，《航空燃气轮机原理》(下册)，国防工业出版社，1990年9月
【12】[苏]聂恰耶夫(著)，单凤桐、程振海(译)，《航空动力装置控制规律与特性》，国防工业出版社，1999年5月
【13】吴琪华、贺惠珠、张加桢(编)，《航空发动机调节》，国防工业出版社，
1986年4月
【14】唐狄毅、廉小纯(编)，《航空燃气轮机原理》，国防工业出版社，1990年9月
【15】吴振顺(著)，《液压系统仿真与CAD》，哈尔滨工业大学出版社，2000年11月
【16】林国重、盛东初(编)，《液压传动与控制》，北京理工大学出版社，1986年6月
【17】马静(著)，《X型燃油调节器的建模和仿真》，西北工业大学硕士学位论文，2002年3月
【18】李培滋、王占林(编)，《飞机液压传动与伺服控制》(上册)，国防工业出版社，1979年7月
【19】李培滋、王占林(编)，《飞机液压传动与伺服控制》(下册)，国防工业出版社，1979年7月
【20】何存兴、王明智(编)，《液压传动与气压传动》(第二版)，华中科技大学出版社，2000年8月
【21】李玉琳(编)，《液压元件与系统设计》，北京航空航天大学出版社，1991年12月
【22】刘长年(著)，《液压伺服系统的分析与设计》，科学出版社，1985年4月
【23】管彦深、张加桢(著)，《航空动力装置控制》(系统部分)，国防工业出版社，1984年12月
【24】顾民、曾俊英、梁万云、陈铮(著)，《航空动力装置》(元件部分)，国防工业出版社，1984年12月
【25】吴琪华(著)，《航空发动机自动控制》，西北工业大学出版社，1985年
4月
【26】贾铭新、曹诚明(著)，《液压传动与控制》，哈尔滨工业大学出版社，1995年7月
【27】周连山、庄显义(著)，《液压系统的计算机仿真》，国防工业出版社，1986年6月
【28】《航空发动机设计手册》总编委员会(编)，《航空发动机设计手册》第15册(控制及燃油系统)，航空工业出版社，2002年1月
【29】陆元章(编)，《液压系统的建模与分析》，上海交通大学出版社，1989年7月
【30】《航空喷气发动机自动控制设计手册》编写组(编)，《航空喷气发动机自动控制设计手册》(下册)，国防工业出版社，1984年6月
【31】盛敬超(著)，《液压流体力学》，机械工业出版社，1986年2月
【32】张磊(著)，《实用液压技术》，机械工业出版社，1998年12月
【33】马长之、叶俊之、李金良(著)，《液压伺服控制系统》，煤炭工业出版社，1990年5月
【34】李寿刚(编)，《液压传动》，北京理工大学出版社，1994年5月
【35】胡寿松(著)，《自动控制原理》，国防工业出版社，1990年
【36】林建亚、何存兴(编)，《液压元件》，机械工业出版社，1998年1月
【37】同本液压气动协会编，《液压气动手册》，机械工业出版社，1984年11月
【38】谭浩强(著)，《C语言设计》，清华大学出版社，1995年4月
【39】谭浩强、田淑清(著)，《FORTRAN77语言—FORTRAN77结构化程序设计》，清华大学出版社，1993年6月
【40】Isermann R. (1999) Mechatronische Systeme. Springer. Berlin, Germany.
[41] Alirand M., Favennec G., Lebrun M., "Pressure component stability analysis: A revisited approach". Int. Journal of Fluid Power, vol. 3． n?1． April 2002, pp 33-46
[42] Favennec G., Alirand M., Lebrun M., "Optimal response of pressure reducer and stability influence of the downstream line dynamics", 2 nd Fluid Power Net Int. PhD Symposium, Modena, Italy, July 2002, pp 1-10
[43] Gagne G., Sellier F., Romand C., "Simulation and design process of mechatronic systems", Recent Advances in Aerospace Actuation Systems and Components,Toulouse, France, October 2002, pp 69-75
[44] Kruisbrink A.C.H., "Modelling of safety and relief valves in water hammer computer codes", Proceedings of the 3 rd Int. Conference on Valves and Actuators, Oxford,England, 1990, pp 137-149
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[46] Merritt H.E., "Hydraulic Control System", John Wiley & Sons Publisher, 1967
[47] Shuxing Y., Shulan W., Xiangzhu L., Fan C., "On the frequency response characteristics of PWM high-speed on-off valves", 2nd Japanese Hydraulic and Pneumatic Society Int. Symposium on Fluid Power, Tokyo, Japan, November 1993, pp 459-463
[48] Ullman D.G., "The mechanical design process", Mac Graw-Hill Edit.. 1992
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