适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统及控制方法，包括：机械增压模块，与发动机曲轴通过增速装置、离合装置建立机械联系，接收发动机曲轴输出功率带动机械增压器高速旋转实现进气增压；涡轮增压模块，其压气机进气口通过管路连接机械增压模块的出气口，涡轮与压气机同轴，其作用是接收来自发动机排气的能量，作为压气机实现进气增压的动力来源，可通过可变截面涡轮执行装置与排气放气装置实现涡轮接收发动机排气能量的精确控制；航空活塞发动机与复合增压系统通过进、排气管路建立气路联系；控制模块，实现航空活塞发动机与增压系统的工作状态的实时监测与控制，本发明专利技术能提高发动机的经济性，满足长航时需求。航时需求。航时需求。

【技术实现步骤摘要】
适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及发动机增压
，尤其涉及一种适用于航空活塞增压发动 机的复合增压系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着无人机对高升限、高海拔短距离起飞、长航时等综合指标要求提升， 对航空活塞发动机的高空动力性、燃油经济性等指标要求与日俱增。
[0003]随着海拔升高，大气压力随之降低，导致自然吸气发动机的功率衰减严重， 高空动力性差。故传统自然吸气发动机无法满足飞行器高升限及高海拔地区短 距离起飞的动力需求。废气涡轮增压技术通过提高发动机进气压力，补偿因海 拔升高气造成的发动机进气量衰减，起到高空功率恢复作用。而单级涡轮增压 无法满足发动机高空超高压比(4.5及以上)的需求。本专利技术提到的机械+涡 轮复合增压技术可以满足发动机在高升限、高海拔短距离起飞工况的动力需 求。
[0004]由于航空活塞发动机与废气涡轮增压器的工作特性不同，固定截面涡轮增 压器的涡轮增压器的高效率区无法兼顾发动机全部耗气特性工况点。不同于车 用发动机，航空活塞发动机增压系统匹配设计点为最大功率点的高负荷工况 (起飞、爬升及大空速平飞工况)，若采用固定截面涡轮增压器，当发动机处 于中低负0荷等非设计工况时，增压器压气机效率低，无法满足发动机当前 工况进气需求，导致发动机中低负荷工况经济性差，无法满足飞行器长航时要 求。
[0005]因此，有必要研究一种适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统及控制 方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统 及控制方法，通过调节涡轮喷嘴环角度改变涡轮入口流通面积拓宽涡轮增压器 高效率区范围，满足发动机中低负荷工况的进气需求，在满足中低负荷工况动 力的同时，能提高发动机的经济性，满足长航时需求,此外，为保证航空活塞 发动机在高负荷工况下发动机、增压器不发生超温及超速运转，本专利技术中的复 合增压系统中加装涡轮废气放气装置，当发动机及增压器即将发生超温或超速 时，控制器通过执行单元将放气阀开启适当角度限制进气压力，确保发动机及 增压器运转安全。
[0007]一方面，本专利技术提供一种适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统，所述 复合增压系统包括：
[0008]机械增压模块，所述机械增压模块与发动机曲轴通过增速装置、离合装置建 立机械联系，接收发动机曲轴输出功率带动机械增压器高速旋转实现进气增压；
[0009]涡轮增压模块，其压气机进气口通过管路连接机械增压模块的出气口，涡轮 与压气机同轴，其作用是接收来自发动机排气的能量，作为压气机实现进气增压 的动力来源，
可通过可变截面涡轮执行装置与排气放气装置实现涡轮接收发动机 排气能量的精确控制；
[0010]航空活塞发动机与复合增压系统通过进、排气管路建立气路联系；
[0011]控制模块，通过采集各传感器相关信号经由执行器实现航空活塞发动机与增 压系统的工作状态的实时监测与控制。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述控 制模块包括：
[0013]数据采集单元，用于采集环境数据、涡轮增压数据、机械增压数据和发动机 数据；
[0014]数据处理单元，用于确定当前工况增压系统的工作模式，并计算当前工况的 目标进气量及最优空燃比；
[0015]指令单元，用于控制发动机、机械增压模块和涡轮增压模块；
[0016]执行单元，用于执行发动机、机械增压模块和涡轮增压模块；
[0017]所述数据采集单元通过数据处理单元连接指令单元，所述指令单元与执行单 元连接。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述环 境数据包括环境压力和环境温度，机械增压数据包括进气压力、进气温度和排气 温度，发动机数据包括节气门位置、发动机转速和发动机气缸温度，涡轮增压数 据包括涡轮增压器转速。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述指 令单元包括发动机控制器和增压系统控制器。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述执 行单元包括发动机节气门开度执行器、可变截面涡轮增压器喷嘴环执行机构、涡 轮增压器放气阀执行机构、机械增压器离合执行机构和增压模式切换机构，所述 发动机控制器连接发动机节气门开度执行器，所述增压系统控制器连接可变截面 涡轮增压器喷嘴环执行机构、涡轮增压器放气阀执行机构、机械增压器离合执行 机构和增压模式切换机构。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述数 据处理单元包括：
[0022]基于局部线性预测模型的径向基函数神经网络的控制模型，用于协调控制 发动机节气门开度、可变截面涡轮增压器喷嘴环开度及涡轮放气阀开度实现发 动机进气压力闭环控制，同时为保证发动机在整个工作过程中混合气空燃比满 足当前工况，在预测模型中加入实时循环喷油量闭环自学习策略；
[0023]单层神经网络预控模型，用于将不同海拔高度的气路、油路的修正量记录并 存储，作为预控的修正，当发动机再次工作相应海拔工况时，会进行气路及油路 参数的修正，使发动机性能参数满足当前工况需求。
[0024]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种适用于航空活塞增 压发动机的复合增压系统的控制方法，所述复合增压方法包括以下步骤。
[0025]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，S1：控
[0026]制模块通过接收来自飞行器控制计算机的目标转速和扭矩；
[0027]S2：确定当前工况增压系统的工作模式；
[0028]S3：计算当前工况的目标进气量及最优空燃比；
[0029]S4：切换控制增压系统模式。
[0030]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述 S2中当发动机处于中低负荷工况时，发动机控制器将指令传给增压系统控制器， 通过执行器将增压系统中涡轮放气阀关闭，并将机械增压器离合装置断开连接， 仅可变截面涡轮增压器投入工作，通过基于局部线性预测模型的径向基函数神经 网络的控制策略使发动机控制器和增压系统控制器协调工作。
[0031]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述 S2中当发动机处于高负荷工况时，发动机控制器将指令传给增压系统控制器， 通过执行器连接机械增压器离合装置与可变截面涡轮增压器同时工作，通过基于 局部线性预测模型的径向函数神经网络的控制策略使发动机控制器和增压系统 控制器协调工作。
[0032]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述 S4具体为：
[0033]当发动机由高负荷工况切换至中低负荷工况时，增压系统控制器接收发动机 控制器控制指令，断开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于航空活塞增压发动机的复合增压系统，其特征在于，所述复合增压系统包括：机械增压模块，所述机械增压模块与发动机曲轴通过增速装置、离合装置建立机械联系，接收发动机曲轴输出功率带动机械增压器高速旋转实现进气增压；涡轮增压模块，其压气机进气口通过管路连接机械增压模块的出气口，涡轮与压气机同轴，其作用是接收来自发动机排气的能量，作为压气机实现进气增压的动力来源，可通过可变截面涡轮执行装置与排气放气装置实现涡轮接收发动机排气能量的精确控制；航空活塞发动机与复合增压系统通过进、排气管路建立气路联系；控制模块，通过采集各传感器相关信号经由执行器实现航空活塞发动机与增压系统的工作状态的实时监测与控制。2.根据权利要求1所述的复合增压系统，其特征在于，所述控制模块包括：数据采集单元，用于采集环境数据、涡轮增压数据、机械增压数据和发动机数据；数据处理单元，用于确定当前工况增压系统的工作模式，并计算当前工况的目标进气量及最优空燃比；指令单元，用于控制发动机、机械增压模块和涡轮增压模块；执行单元，用于执行发动机、机械增压模块和涡轮增压模块；所述数据采集单元通过数据处理单元连接指令单元，所述指令单元与执行单元连接。3.根据权利要求2所述的复合增压系统，其特征在于，所述环境数据包括环境压力和环境温度，机械增压数据包括进气压力、进气温度和排气温度，发动机数据包括节气门位置、发动机转速和发动机气缸温度，涡轮增压数据包括涡轮增压器转速。4.根据权利要求2所述的复合增压系统，其特征在于，所述指令单元包括发动机控制器和增压系统控制器。5.根据权利要求4所述的复合增压系统，其特征在于，所述执行单元包括发动机节气门开度执行器、可变截面涡轮增压器喷嘴环执行机构、涡轮增压器放气阀执行机构、机械增压器离合执行机构和增压模式切换机构，所述发动机控制器连接发动机节气门开度执行器，所述增压系统控制器连接可变截面涡轮增压器喷嘴环执行机构、涡轮增压器放气阀执行机构、机械增压器离合执行机构和增压模式切换机构。6.根据权利要求5所述的复合增压系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：基于局部线性预测模型的径向基函数神经网络的控制模型，用于协调控制发动机节气门开度、可变截面涡轮增压器喷嘴环开度及涡轮放气阀开度实现发动机进气压力闭环控制，同时为保证发动机在整个工...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振宇，司亮，范校尉，袁帅，高宏力，刘学飞，高自强，杨大鹏，
申请(专利权)人：航天时代飞鸿技术有限公司，
类型：发明
国别省市：