定 價(jià):128 元
叢書名:國家出版基金項(xiàng)目“十三五”國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目
- 作者:于達(dá)仁[等]著
- 出版時(shí)間:2019/3/1
- ISBN:9787118116397
- 出 版 社:國防工業(yè)出版社
- 中圖法分類:V235.21
- 頁碼:280頁
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
本書以超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對象,從發(fā)動(dòng)機(jī)基本控制問題出發(fā)并結(jié)合已有飛行試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)給出了一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)基本控制方案,討論了發(fā)動(dòng)機(jī)控制模型維數(shù)和反饋?zhàn)兞窟x擇原則并介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)推力閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,探討了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換特性及其轉(zhuǎn)換控制方法,介紹了高超聲速進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)監(jiān)測方法及其穩(wěn)定裕度控制方法,同時(shí)給出了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制方法,研究了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室釋熱分布最優(yōu)控制問題,最后從飛/推一體化視角介紹了高超聲速飛行器軌道優(yōu)化問題。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究的五大關(guān)鍵技術(shù)之一。與航空發(fā)動(dòng)機(jī)和亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)相比,超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)由于在更高馬赫數(shù)下飛行帶來了特殊問題。受到飛行包線的影響,與低馬赫數(shù)飛行相比,高馬赫數(shù)飛行導(dǎo)致用于飛行器加速的凈推力減小。隨著飛行馬赫數(shù)的增加,在加速工況下,經(jīng)常需要工作在進(jìn)氣道邊界附近,氣動(dòng)穩(wěn)定裕度小,容易出現(xiàn)流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象,需要研究流動(dòng)失穩(wěn)監(jiān)測和控制問題。在從低馬赫數(shù)向高馬赫數(shù)加速的過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)匹配不同的燃燒模態(tài)才能在寬馬赫數(shù)范圍下獲得較好的性能參數(shù),需要研究燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制問題。飛行馬赫數(shù)的增加導(dǎo)致飛行器/發(fā)動(dòng)機(jī)(飛/發(fā))一體化耦合程度增強(qiáng),如何基于開展飛/發(fā)一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是值得研究的問題;谶@些認(rèn)識(shí),圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的核心矛盾和關(guān)鍵技術(shù)問題,提出了具體的解決方案,具體闡述如下:
□□章介紹了歷史上僅有的幾次高超聲速飛行試驗(yàn),分析了飛行試驗(yàn)中暴露的控制問題。對超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制面臨的基本問題進(jìn)行了討論,主要包括推力控制、進(jìn)氣道不起動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測及其保護(hù)控制、燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制等。
第2章從雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作的原理出發(fā),對發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的特殊性進(jìn)行了討論。
第3章討論了美國X—51A飛行過程中的控制問題,在此基礎(chǔ)上結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的具體需求提出了雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/安全保護(hù)的控制框架。
第4章通過對雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分布參數(shù)特性分析并對比不同維數(shù)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)缺點(diǎn),指出一維模型在控制問題研究中的必要性和可操作性,論證雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制時(shí)間尺度后可利用頻域分析與頻域截?cái)嗉夹g(shù)將控制問題簡化。
第5章討論了雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力與燃燒室壁面壓力積分之間的關(guān)系,論證了壁面壓力積分作為發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制回路反饋?zhàn)兞康暮侠硇院涂尚行浴TO(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)推力回路控制系統(tǒng),并開展了地面試驗(yàn)驗(yàn)證。
第6章討論了燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換馬赫數(shù)的選擇準(zhǔn)則并對燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換邊界及影響因素進(jìn)行了分析,提出了轉(zhuǎn)換過程中的突變與滯環(huán)問題,通過對燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制的任務(wù)分析,設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)換控制方案并進(jìn)行了仿真研究。
第7章將高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)監(jiān)測問題轉(zhuǎn)化為起動(dòng)/不起動(dòng)模式分類問題,獲得了用于進(jìn)氣道模式分類的特征約簡方法和識(shí)別準(zhǔn)則的構(gòu)建方法,在此基礎(chǔ)上討論了□優(yōu)分類準(zhǔn)則的優(yōu)化方法。為了降低測量噪聲和外界干擾對分類精度的影響,引入了多分類器融合決策方法以提高其分類精度。
第8章討論了高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)邊界的影響因素,分析了不起動(dòng)邊界隨這些影響因素的變化規(guī)律;在此基礎(chǔ)上定義了進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度,并構(gòu)建了進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度保護(hù)控制回路,利用仿真平臺(tái)驗(yàn)證了穩(wěn)定裕度保護(hù)控制系統(tǒng)的正確性。
第9章針對單點(diǎn)燃油噴射下的發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制研究,重點(diǎn)討論了基于Min規(guī)則和積分重置的兩種切換控制策略,分析了不同切換控制策略的設(shè)計(jì)參數(shù)及其影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,討論了兩點(diǎn)燃油噴射下的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油優(yōu)化分配方案,設(shè)計(jì)了兩點(diǎn)燃油噴射下的發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制系統(tǒng),并利用地面試驗(yàn)驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的有效性。
□□0章主要討論了超聲速燃燒室□優(yōu)釋熱規(guī)律設(shè)計(jì)及控制,提出了超聲速燃燒釋熱規(guī)律□優(yōu)控制問題,提出了一種考慮釋熱速率約束的釋熱分布一維建模方法,在考慮超溫邊界和不起動(dòng)邊界的約束下求解燃燒室內(nèi)型線與釋熱分布□優(yōu)控制問題,給出□優(yōu)的超聲速燃燒室設(shè)計(jì)和控制方法。
□□1章主要討論了以沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的飛/推一體化的□優(yōu)加速軌跡問題?紤]飛行過程中的進(jìn)氣道不起動(dòng)約束和飛行動(dòng)壓約束,構(gòu)造了□小油耗軌跡的□優(yōu)控制問題,得到了□小油耗軌跡下的各參數(shù)分布曲線及其性能和邊界參數(shù)的分布曲線。研究了飛/推系統(tǒng)性能與各種工作邊界對□優(yōu)加速軌跡結(jié)果的影響,分析了動(dòng)壓限制對飛/推系統(tǒng)加速過程的影響,□后討論了基于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的飛/推一體化的□優(yōu)加速軌跡。
本書內(nèi)容新穎,適合于從事航空航天推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析、教學(xué)與生產(chǎn)的科技人員,特別適合從事高超聲速推進(jìn)技術(shù)、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的科研人員閱讀,也可以作為大學(xué)航空航天推進(jìn)技術(shù)專業(yè)和工程熱物理專業(yè)的高年級(jí)本科生及碩士研究生的教學(xué)參考書。
作者要感謝國家自然科學(xué)杰出青年基金(No.50925625)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(No.90816028)、國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(No.51121004)、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(□□.□1372092)和國家自然科學(xué)青年基金(□□.□0902033)的資助,特別感謝博士生馬繼承的文檔整理和校稿工作。
由于作者水平有限,書中難免存在不足之處,敬請讀者批評(píng)指正。
□□章 緒論
1.1 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的典型飛行試驗(yàn)
1.2 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制研究現(xiàn)狀分析
1.2.1 飛行試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)控制現(xiàn)狀分析
1.2.2 進(jìn)氣道不起動(dòng)監(jiān)測及保護(hù)控制現(xiàn)狀分析
1.2.3 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制現(xiàn)狀分析
1.2.4 吸氣式飛/推系統(tǒng)軌跡優(yōu)化研究現(xiàn)狀分析
1.3 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制問題分析
1.4 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)監(jiān)測與控制問題
1.4.1 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)監(jiān)測
1.4.2 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)保護(hù)控制
1.5 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制問題
1.5.1 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換特性
1.5.2 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制
1.6 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)飛/推系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制面臨的主要問題
1.6.1 考慮飛/推系統(tǒng)強(qiáng)耦合特性的□優(yōu)軌跡問題
1.6.2 復(fù)雜熱力系統(tǒng)多變量多約束□優(yōu)控制問題
1.7 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理
2.1 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)特點(diǎn)與模態(tài)定義
2.2 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)及性能指標(biāo)
2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)過程
2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過程
2.2.3 性能指標(biāo)
2.3 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道
2.3.1 進(jìn)氣道性能參數(shù)
2.3.2 進(jìn)氣道典型工作狀態(tài)
2.3.3 進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)
2.4 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室
2.4.1 若干基本概念
2.4.2 燃燒室性能分析方法
2.5 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管
2.6 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的特殊性
2.6.1 強(qiáng)分布參數(shù)特性
2.6.2 多模態(tài)優(yōu)化選擇
2.7 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制問題分析和控制方案
3.1 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制問題分析
3.1.1 推力回路控制問題分析
3.1.2 進(jìn)氣道不起動(dòng)保護(hù)控制問題分析
3.1.3 超溫保護(hù)控制問題分析
3.1.4 燃燒室貧/富油熄火限制
3.2 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制方案
3.2.1 美國X-51A控制方案分析
3.2.2 推力調(diào)節(jié)/安全保護(hù)切換控制方案提出
3.2.3 控制回路組成及分析
3.3 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制模型
4.1 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型
4.1.1 數(shù)學(xué)模型的維數(shù)選擇
4.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)一維模型
4.2 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)控制模型時(shí)間尺度分析
4.3 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)被控變量選擇
4.3.1 燃燒室□大壓比
4.3.2 燃燒室壁面壓力積分
4.4 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力閉環(huán)控制方法
5.1 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力表征
5.1.1 地面直連式試驗(yàn)條件下的推力定義
5.1.2 推力增量與壓力積分的定義
5.1.3 基于燃燒室壁面壓力積分的推力增量表征
5.2 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.2.1 控制對象特性分析及建模
5.2.2 控制性能要求分析與控制器設(shè)計(jì)
5.3 控制系統(tǒng)魯棒性能分析
5.3.1 增益攝動(dòng)時(shí)的魯棒性
5.3.2 動(dòng)態(tài)攝動(dòng)時(shí)的魯棒性
5.4 推力閉環(huán)控制地面試驗(yàn)驗(yàn)證
5.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換及其控制
6.1 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換馬赫數(shù)的選擇準(zhǔn)則
6.1.1 寬馬赫數(shù)范圍發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析
6.1.2 □大推力需求下的燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換馬赫數(shù)選擇
6.1.3 □大比沖需求下的燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換馬赫數(shù)選擇
6.2 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換邊界及其影響因素分析
6.2.1 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換邊界空間描述
6.2.2 模態(tài)轉(zhuǎn)換邊界影響因素分析
6.3 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換中的突變與滯環(huán)問題
6.4 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換過程分析
6.4.1 轉(zhuǎn)換路徑的影響
6.4.2 突變特性的影響
6.4.3 滯環(huán)特性的影響
6.5 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制
6.5.1 燃燒模態(tài)表征與監(jiān)測
6.5.2 燃燒模態(tài)轉(zhuǎn)換控制基本方案
6.5.3 控制方案仿真
6.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)監(jiān)測方法研究
7.1 進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)模式分類數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
7.1.1 進(jìn)氣道物理模型
7.1.2 進(jìn)氣道不起動(dòng)數(shù)據(jù)組成及分析
7.2 基于支持向量機(jī)的高超聲速進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)模式分類
7.2.1 支持向量機(jī)的基本理論和方法
7.2.2 基于支持向量機(jī)的特征選擇算法
7.2.3 基于支持向量機(jī)的進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)特征選擇
7.2.4 進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)分類結(jié)果及驗(yàn)證分析
7.2.5 分類方法的對比分析
7.3 基于FLD分析的進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)□優(yōu)分類準(zhǔn)則研究
7.3.1 FLD相關(guān)的基本知識(shí)
7.3.2 進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)□優(yōu)分類準(zhǔn)則
7.3.3 分類準(zhǔn)則的物理意義
7.3.4 分類準(zhǔn)則中隔離帶的作用
7.4 多傳感器融合的進(jìn)氣道起動(dòng)/不起動(dòng)分類方法研究
7.4.1 概率輸出支持向量機(jī)
7.4.2 多傳感器分組和融合
7.4.3 多傳感器融合結(jié)果分析
7.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)邊界及穩(wěn)定裕度控制
8.1 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)邊界的無量綱分析
8.1.1 進(jìn)氣道前體壓縮壓比的無量綱表示
8.1.2 隔離段壓比的無量綱表示
8.1.3 進(jìn)氣道壓縮壓比的無量綱表示
8.2 高超聲速進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度控制方法研究
8.2.1 高超聲速進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度的表示方法
8.2.2 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)控制策略分析
8.2.3 高超聲速進(jìn)氣道等裕度增益調(diào)度控制
8.3 進(jìn)氣道穩(wěn)定裕度控制閉環(huán)仿真驗(yàn)證
8.4 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第9章 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制
9.1 基于Min規(guī)則的發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制方法
9.1.1 切換邏輯及切換規(guī)則
9.1.2 控制器積分上限參數(shù)對切換過程的影響分析
9.1.3 基于Min規(guī)則發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制地面試驗(yàn)驗(yàn)證
9.2 基于積分重置的發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)無擾切換控制
9.2.1 切換邏輯及切換規(guī)則
9.2.2 切換邏輯半實(shí)物仿真及參數(shù)給定分析
9.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道保護(hù)切換控制地面試驗(yàn)驗(yàn)證
9.3 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)兩點(diǎn)燃油分配方案
9.3.1 兩點(diǎn)燃油噴射下的發(fā)動(dòng)機(jī)特性仿真分析
9.3.2 兩點(diǎn)燃油噴射下的發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)結(jié)果分析
9.3.3 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)兩點(diǎn)燃油分配方案評(píng)估
9.4 考慮兩點(diǎn)燃油噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)/進(jìn)氣道安全保護(hù)控制
9.4.1 雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)特性分析及建模
9.4.2 雙回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.4.3 控制系統(tǒng)數(shù)值仿真驗(yàn)證
9.4.4 控制系統(tǒng)地面試驗(yàn)驗(yàn)證
9.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
□□0章 超聲速燃燒室釋熱分布□優(yōu)控制
10.1 超聲速燃燒釋熱□優(yōu)控制問題與求解方法
10.1.1 理想超聲速燃燒釋熱□優(yōu)控制問題
10.1.2 間接法求解釋熱規(guī)律□優(yōu)控制問題
10.2 擴(kuò)張型燃燒室的超聲速燃燒釋熱□優(yōu)控制
10.3 超聲速燃燒□優(yōu)釋熱規(guī)律特性分析
10.4 內(nèi)型線與釋熱分布耦合□優(yōu)控制
10.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
□□1章 吸氣式高超聲速飛行器的軌道優(yōu)化問題
11.1 考慮發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)機(jī)理的飛/推系統(tǒng)□優(yōu)軌跡問題
11.1.1 面向軌跡優(yōu)化控制的飛/推系統(tǒng)建模方法
11.1.2 飛/推系統(tǒng)加速段軌跡□優(yōu)控制問題的一般形式
11.2 求解軌跡□優(yōu)控制問題的一般方法
11.2.1 間接法求解軌跡□優(yōu)控制問題
11.2.2 直接法求解軌跡□優(yōu)控制問題
11.2.3 間接法與直接法的等效關(guān)系
11.3 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的飛/推系統(tǒng)加速段□小油耗軌跡
11.4 飛/推系統(tǒng)起飛質(zhì)量對□小油耗軌跡的影響
11.5 飛/推系統(tǒng)性能指標(biāo)對□優(yōu)軌跡的影響
11.5.1 □小油耗軌跡與□小時(shí)間軌跡
11.5.2 飛/推系統(tǒng)□優(yōu)軌跡實(shí)時(shí)效率分析
11.6 飛/推系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能對□優(yōu)軌跡的影響
11.6.1 尾噴管喉道可控對□優(yōu)軌跡的影響
11.6.2 基于超聲速燃燒推進(jìn)的軌跡優(yōu)化問題
11.7 飛/推系統(tǒng)約束對□優(yōu)軌跡的影響
11.7.1 超溫約束與不起動(dòng)約束對□優(yōu)軌跡的影響
11.7.2 等動(dòng)壓約束對□優(yōu)加速軌跡的影響
11.8 小結(jié)