【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超燃冲压发动机控制，更具体地，涉及一种以飞发一体化控制概念为核心的再生冷却冲压发动机超温保护技术。
技术介绍
1、超燃冲压发动机是高超声速飞行器的一种优选动力装置，当超燃冲压发动机工作在高马赫数时，由于来流总温的增加以及发动机燃烧释热，燃烧室的工作温度很高，发动机长时间工作在高温下容易造成壁面烧蚀，加大了烧毁发动机的风险。再生冷却是发动机热防护中的一种有效方案，通过将冷态燃料流过发动机壁面的冷却通道实现对发动机壁面的降温。再生冷却热防护技术可保证超燃冲压发动机长时间可靠工作，是发展超燃冲压发动机可重复使用的核心技术之一。
2、近年来国内外对再生冷却冲压发动机的超温保护方法展开大量研究，当前超燃冲压发动机的超温保护方法主要是围绕发动机本身展开的，目前的超温保护控制方法以发动机再生冷却通道中的油温作为监测变量，当发动机温度超过设定温度阈值时，发动机超温保护系统开始工作，目前采用的主要措施是增加燃油流量，即增加对流换热强度，进而降低发动机温度。
3、现有的超温保护方法存在一定的不足之处，主要体现在：飞行器和发动机是强耦合的系统，发动机发生超温的原因在很多种情况下都是飞行器飞到了发动机的工作边界，例如飞行器速度过高导致的发动机进气热负荷变大而产生的发动机超温现象。现有超温保护控制策略仅仅是从发动机的角度出发进行保护，没有能够从飞发一体化控制的方向出发来制定保护策略，会导致发动机超温保护失败。因此，需要从飞发一体化控制的角度出发，制定新的再生冷却冲压发动机超温保护方法。
技
1、针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种以飞发一体化控制概念为核心，适用于再生冷却冲压发动机的超温保护控制方法。
2、本专利技术的具体技术方案如下：
3、基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，采取基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略和针对发动机本身的温度自寻优控制方法；
4、基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略是指：发动机温度控制方法采用飞行器和发动机联合控制的方法，当发动机温度超过安全边界时，除了发动机本身执行控制动作外，飞行器也要配合发动机采取相应的控制措施；
5、针对发动机本身的温度自寻优控制是指：针对发动机本身，设计一种发动机温度的控制算法，该算法采用自寻优的方式，将发动机温度快速调整为约束范围内的最小值。
6、作为优选方式，当发动机温度超过安全边界时，采用飞行器和发动机联合控制策略，即飞行器通过打舵增阻、增加飞行攻角的措施降低飞行器的速度到安全域内，进而减弱发动机的热负荷，发动机自身通过温度控制算法实现发动机本体温度的调节，当发动机温度得到有效控制后恢复到正常巡航工作状态。温度安全边界可定义为发动机允许工作的最高温度，例如1200k，温度安全边界根据发动机的温度工作范围预先设定。
7、作为优选方式，基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略包括如下步骤：
8、（1）实时监测发动机温度状态，判断发动机温度是否在安全边界内；
9、（2）如果发动机温度超过温度安全边界，采用飞行器和发动机一体化控制策略，飞行器通过打舵增阻、增加飞行攻角来降低飞行器的速度，降低发动机的热负荷，发动机自身通过温度控制算法实现发动机温度的调节；
10、（3）当发动机温度返回到安全边界内后，飞行器和发动机恢复到正常巡航工作状态。
11、作为优选方式，针对发动机本身的温度自寻优控制方法，包括设计极值搜索控制器和发动机温度系统：
12、极值搜索控制器根据发动机温度系统反馈的实时温度进行燃油流量控制量的计算，发动机温度系统接收到新的控制量后作用并形成新的温度输出，经过多轮控制迭代完成温度极值的自寻优，在一定温度范围内达到温度最小值。
13、作为优选方式，针对发动机本身的温度自寻优控制是指：发动机温度系统输出发动机的实时温度，经过高通滤波器后去除振荡信号的直流成分，然后加入正弦信号对该信号进行解调得到解调信号，使用控制器计算得到燃油质量流量的最佳估计值，其中 k是一个积分增益， s是拉普拉斯变换中的复变量，最后通过正弦调制信号得到新的燃油控制量。
14、作为优选方式，针对发动机本身的温度自寻优控制包括如下步骤：
15、（1）设计极值搜索控制器中的扰动信号幅值 a，设计极值搜索控制器中的正弦激励信号的角频率参数 ω，在输入信号 u中加入正弦扰动；
16、（2）输入信号 u进入发动机温度系统，系统输出发动机的实时温度信号；
17、（3）设计控制器中的高通滤波器 s/ ( s + h)，对输出温度信号进行高通滤波；其中 s为拉普拉斯变换中的复变量， h为滤波频率；
18、（4）设计控制器中的积分增益 k，解调信号并进行积分得到燃油质量流量的最佳估计，最后加入到输入信号 u中。
19、作为优选方式，对极值搜索控制器的设计方法为：
20、对于极值搜索控制器中的扰动信号幅值 a，其取值应使得系统输出产生变化，当 a增加时，系统调整的速度提升，能够使系统更快收敛到目标值邻域内；选取 a值的原则为：当系统达到稳定时， u平均值的30%~50%；
21、对于控制器中的正弦激励信号的角频率参数 ω，设计值应该大于系统的固有频率；当增加 ω时，系统的调整速度提升；
22、对于控制器中的高通滤波器 s/ ( s + h)，式中 h为滤波频率，在解调之前去除振荡信号 ρ的直流成分；
23、对于控制器中的积分增益 k的选取主要遵循如下规律，当 k增加时，系统的调整速度提升；如果 k过大时将会导致系统不稳定；所以积分增益 k的选取既要保证调节速度，又要保证系统稳定，根据实际系统特性调试出最适合的积分增益值。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：采取基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略和针对发动机本身的温度自寻优控制方法；
2.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：当发动机温度超过安全边界时，采用飞行器和发动机联合控制策略，即飞行器通过打舵增阻、增加飞行攻角的措施降低飞行器的速度到安全域内，进而减弱发动机的热负荷，发动机自身通过温度控制算法实现发动机本体温度的调节，当发动机温度得到有效控制后恢复到正常巡航工作状态。
3.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：针对发动机本身的温度自寻优控制方法，包括设计极值搜索控制器和发动机温度系统：
5.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：针对发动机本身的温度自寻优控制是指：发动机温度系
6.根据权利要求4所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：针对发动机本身的温度自寻优控制包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：对极值搜索控制器的设计方法为：
...【技术特征摘要】
1.基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：采取基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略和针对发动机本身的温度自寻优控制方法；
2.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：当发动机温度超过安全边界时，采用飞行器和发动机联合控制策略，即飞行器通过打舵增阻、增加飞行攻角的措施降低飞行器的速度到安全域内，进而减弱发动机的热负荷，发动机自身通过温度控制算法实现发动机本体温度的调节，当发动机温度得到有效控制后恢复到正常巡航工作状态。
3.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法，其特征在于：基于飞发一体化控制思路的发动机温度保护策略包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于飞发一体化控制的再生冷却冲压发动机超温保护方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王东威，李杰，王铁军，任虎，张磊，谭宇，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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