涡轮电推进系统建模及控制规律设计
研究背景
随着航空发动机设计水平的提升，以涡喷、涡扇为主要构型的传统航空推进系统逐渐达到其性能上限。近年来，通过在飞机推进系统中引入电气部件组成电推进系统被认为是进一步提升飞机推进效率降低碳排放的有效手段，符合未来航空业绿色、高效的发展目标。涡轮电推进系统基于传统涡扇发动机发展而来，通过将电驱动涵道风扇耦合进推进系统中，获得更大的等效涵道比从而提升了推进效率。本文以涡轮电推进系统为研究对象，针对其总体性能建模及控制规律设计问题开展研究。
论文创新点
国内外针对涡轮电推进系统开展了一定研究，主要集中在循环参数分析、特征部件设计和推进系统性能对飞机性能的影响上。对涡轮电推进系统在非设计状态的工作特性及控制规律设计方法的研究还不深入。本文针对涡轮电推进系统开展研究，在涡扇发动机部件级仿真模型的基础上完善了电推进模块性能计算模型，构建了涡轮电推进系统的共同工作方程组。采用稳态逆算法研究了不同几何参数控制规律下，涵道风扇推力调节时推进系统的工作特性。通过在性能仿真模型中添加推力平衡方程，并结合差分进化算法构建涡轮电推进系统优化模型，形成了涡轮电推进系统控制规律优化设计方法，应用此方法计算了推进系统节流过程控制规律和性能参数。
总结与展望
通过本文的研究，可以得到以下结论：
1、本文建立的涡轮电推进系统仿真模型计算结果与国外发动机性能计算软件计算结果对比，最大偏差仅为0.22%，验证了本文建模方法的有效性。
2、当涵道风扇推力改变时，低压转子的负载会大幅度变化，可能导致涡扇发动机出现超温、超转和喘振现象。
3、在调节涵道风扇推力时，联合调节尾喷管喉部面积和涵道引射器面积，可以匹配涡扇发动机与涵道风扇的工作状态，有效避免发动机出现超温、超转和喘振现象。
4、基于本文提出的控制规律设计方法，设计出的节流过程控制规律可以保证涡轮电推进系统不超温，不超转，具有足够的喘振裕度，且在节流过程中还能进一步降低耗油率。该控制规律还具有连续、单调的特点有利于工程实现。
近几年论文
[1] Hao W, Wang Z, Zhang X, et al. Acceleration technique for global optimization of a variable cycle engine[J]. Aerospace Science and Technology, 2022, 129: 107792.
[2] Yao Y, Zhang X, Zhang M, et al. Modeling and Cycle Parameter Matching of a High-Speed Variable Cycle Turbofan-Ramjet Engine[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2022, 144(10): 101003.
[3] Zhang X, Wang Z, Xiao B, et al. A neural network learning-based global optimization approach for aero-engine transient control schedule[J]. Neurocomputing, 2022, 469: 180-188.
[4] 江天牧, 张晓博, 王占学. STOVL推进系统模式转换过程建模及分析[J]. 航空动力学报, 2023, 38(6): 1-12.
团队介绍
喷气推进理论与工程研究所（JPRL研究团队）是两项省部级科技创新团队。团队具有较高的学生培养水平，完整的培养体系，融洽的师生关系，被评为西工大首批科研育人示范团队。团队研究方向广阔，致力于普及喷气推进基础理论、分析动力系统实时新进展、推广喷气推进新成果，完美融合航空发动机总体性能、流体力学、结构力学和人工智能方向。
2024年第1期目录
SUMMARIZE
综述
航空发动机燃油控制装置可靠性研究综述
安理会;王建礼;刘意;李柯柯;符江锋;魏鹏飞;李华聪;
OVERALL SYSTEM
总体与系统
涡轮电推进系统建模及控制规律设计
江天牧;张晓博;王占学;刘永泉;姚尧;郝旺;
涡轮电力分布式推进设计参数优化选择分析
谢琪安;邓莉平;吴虎;
考虑起飞工况的航空发动机性能退化预测研究
赵洪利;许博文;张青;
AEROTHERMODYNAMICS
流体力学 气动热力学
多级高负荷轴流压气机喘振特征分析
王进春;曹传军;
基于膨胀波效应的高超声速进气道肩部流动分离控制研究
刘甫州;袁化成;李东;周珂玉;
基于Zukauskas关系式的预冷发动机进气道流动特性研究
王奕凯;孙波;李登科;代春良;
超临界二氧化碳超声速喷管设计与性能分析
赵瑞;李云柱;赵玉新;吴建军;
斜激波与内凹半圆柱面无粘相互作用
闫波;洪雨婷;李一鸣;李祝飞;
稀薄流高超声速钝化前缘逆向射流流场特征研究
倪子健;方蜀州;
COMBUSTION HEAT MASS TRANSFER
燃烧 传热 传质 燃料
高密度烃在冲压发动机再生冷却中适用性研究
李立翰;鲍文;秦江;于彬;付蒙;
镁-二氧化碳冲压发动机粉末燃料供应特性研究
王旭;卜彦鹏;徐旭;于洋;关铭;刘佳迅;杨庆春;
固体火箭超燃冲压发动机点火燃烧过程实验研究
陈端毓;田维平;董新刚;黄礼铿;张璞;
氢燃料双模态冲压发动机火焰结构及其稳定机制的LES研究
袁梦铖;王平;张洋;田野;陈爽;程康;
超临界碳氢燃料流动不稳定的频域分析与数值模拟
靳一超;吴坤;陆阳;范学军;
超燃冲压发动机燃烧室流场超分辨率重建
陈皓;郭明明;田野;乐嘉陵;张华;岳茂雄;
STRUCTURAL STRENGTH RELIABILITY
结构 强度 材料 制造
高温氧化对粉末高温合金微观结构和疲劳性能影响研究
张禄;余志伟;陈阳;张磊成;江荣;田高峰;宋迎东;
径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响研究
朱鹏飞;姜乐;吕亚国;公平;刘振侠;
环境温度对二维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响研究
杜金康;于国强;庞洋龙;张华军;梁小强;高希光;宋迎东;
TEST EXPERIMENT CONTROL
测试 试验 控制
超燃冲压发动机羟基/煤油-PLIF同步测量研究
武国华;于欣;彭江波;曹振;高龙;韩明宏;袁勋;刘文备;亓金浩;
低红外特征涡扇发动机加速控制及影响规律研究
王一凡;陈浩颖;张海波;
舰载涡扇发动机高低温起动试验与分析
邢洋;杨怀丰;刘亚君;江井跃;张伟;
