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1、附件1：外文资料翻译译文现行飞机主动压缩机基于失速裕量控制模式的稳定性控制Yuan Liu1Manuj DhingraJ. V. R. PrasadSchool of Aerospace Engineering,Georgia Institute of Technology,摘要控制压缩机的不稳定性如旋转失速和喘振对主引擎保护有重要意义。压缩机稳定性能检测任务是通过相关措施量化在一个压缩机转子叶尖区域的压力波动重复性参数上，这项工作就要求把调查航空器发动机和通过一个失速裕量幅度控制模式管控等相关措施整合于一体。这种模式的描述为商业涡扇发动机整体主动控制框架的有效性以及主动压缩机稳定控制系统评估
2、提供了高旁路计算模拟双线轴的方案。1 引言 当今商用飞机的气体涡轮发动机的控制系统一致应用推力参数作为控制单元，比如转轴速度或定量压力，以及对关键组分的限制违反了保护系统。一般来说，这种保障形式，是监测机构的极限过热级联/压预防和压缩机的空气动力学不稳定避免燃料率的限制器。这些压缩机的不稳定，如旋转失速和浪涌，发挥限制了燃气涡轮发动机运行封闭大的作用。此限制可以表示为一个典型的图形压缩机喘振线(图 1)。在喘振线的确切位置是不确定的，因为它是敏感的，如进口扭曲因素，制造公差和组件恶化，因老化。为了弥补这种不确定性，发动机保护系统的目的是保持整个操作系统封闭保守的裕量，一般表现在发动机的性能和可
3、操作性。 现行发动机控制系统将使引擎充分利用必要的同时保护它的压缩机不稳定性过度失举裕量。一个可能的办法，积极控制框架通过一个控制模式压缩机使用基于失举裕量控制。研究上对发动机进行模拟展示了这样一档毛率控制模式1的潜在好处。Abidhatla和Lewis2评估低涡扇发动机旁路模式的XTE46称为一个档差调节风扇的成效。然而，速度是敏感的发动机工作条件，而不是直接衡量的。因此，由于这种控制方式的内在要求速度裕量是一个反馈参数，他们只是在可行的情况下，如基于模型的控制或“目标函数”模拟引擎控制器。例如，模块化空气助推系统仿真(MAPSS)3，一个通用的，低旁路，军用型涡扇发动机由美国航天局格伦研究
4、中心开发的模型，利用一个档差的反馈控制。 这项调查工作，通过检测一个稳定的相关措施已知参数的使用了一个失速裕量控制模式结合实际情况，开发Dhingra4，相关措施是在非定常流压缩机转子叶尖区域场特征植根于一个参数。几个实验室进行的实验钻机压缩机，以及一个现代化的飞机发动机，表明这一措施能够提高信号之间的压缩机工作点接近稳定极限5。一个相关的措施，模拟参数的统计特性的随机模型，还制定了最近的研究采用布尔型开/关控制6以及这方面的统计模型逻辑调查纳入发动机控制系统7的相关措施不同的方法。在相关措施的失举裕量控制模式的组合被确定的走向主动控制系统最有利的途径。 本文通过一个档差控制方式使用的设计和稳
5、定的主动压缩机管理系统的方案。在管制计划的成效进行评估与商业模块化空气助推系统仿真 - MAPSS。这个仿真模型的高旁路双阀芯商业型涡扇发动机。这些研究涉及有降低合理水平内某些引擎的点的发动机将遇到一个步骤油门命令从压缩机不稳定组成部分，但零至满功率平面静态条件。在失速时该发动机的控制模式设计描述。该控制器的有效性理论证明了发动机运行恶化通过上述与常规保障制度的地方档档差模瞬态。失速裕量的反馈，然后替换相关措施，形成了积极的稳定管理系统。结果表明，稳定的管理和反馈控制失速裕量同样可保护发动机的退化，而对压缩机不稳定未修改的控制系统是有效的。当前限制裕量喘振限制扩大限制（主动控制）轮廓恒定效率线
6、转速质量流量压力比图1 压缩机喘振线和裕量概念模型2 模拟该试验平台的实施和主动压缩机稳定管理评估是采用模块化空气助推商业系统仿真8。由美国航天局格伦研究中心和c - MAPSS是一个高绕过一个大型商用飞机使用的涡扇发动机代表的计算机模拟。 - MAPSS采用了动力系统在MATLAB实现/ Simulink环境来模拟引擎和控制系统。然而主发动机部件低级别计算完成使用，因此可以模拟运行速度比实时速度快。在15毫秒时间的模拟增量步骤中发动机零部件的主要退化是仿效通过可变参数的使用健康指数。这架C - MAPSS引擎是一种高旁路，拥有大约90000磅最大推力的双阀芯涡扇发动机。该引擎被表示为一个组件
7、级动态模型。发动机组件模型用热力学方程组，独立性能图示，并通过SIMULINK框图语法相互联系的。图的主要组成部分。(图 2)所示的进气口，风扇，旁路喷嘴，低压压缩机LPC，高压高性能压缩机，燃烧室，用高压涡轮高压涡轮，低压涡轮并口，和核心喷嘴。对正确的参数，来模拟恶化和/或旋转部件故障，包括流量，效率，压缩组件风扇，以及高性能计算压力比修饰;和流动和涡轮部件的效率和修饰并用。发动机的动态模型中的状态变量是风扇转速和核心速度。因此，C - MAPSS可以模拟引擎的运作，但暂时无法捕捉失举量或后档特点。但是，档率风扇，中控以及高性能计算都可以通过各自的部分图。由于本研究的重点是避免压缩机的不稳定
8、，而不是复苏，一档模式缺乏的一个重要限制裕量开始将采取即时任何档率成为正（图 3）。 高级别图的C - MAPSS发动机控制系统如（图 3）。该控制系统流量计算燃料的发动机白从油门输入由用口提供了油门角度解析方面的介绍。范围0-100度是零至满发动机功率。 TRA是转化为要求风扇的环境条件为基础的速度。额定增益风扇速度控制器计算瓦特，燃油流量要符合要求的风扇速度增量变化。这瓦特值最低，然后通过级联/与监管机构的最高限额，以避免以后的逻辑设计极限的高压涡轮出口温度，燃烧室静压偏离和核心速度，加速和减速限制器，以防止压缩机过档。一个传感器套件提供关于控制和限制调节发动机参数必要的信息。此后，瓦特是
9、整合，形成了白燃料器的命令一阶传递函数模型的执行器和传感器的动态描述。燃烧室叶轮 喷嘴图 2简化表示的C - MAPSS高旁路，双阀芯涡扇发动机3 压缩机稳定性检测本节重点背后是在发动机模拟环境的执行情况下压缩机检测参数稳定的原则及相关的措施。 相关措施：以前在航空航天工程，佐治亚技术学院的发展稳定的检测方法，这项工作是在压缩机转子叶尖区域的压力波动的实验观察的基础上，也就是说，在这种压力的重复性如固定在外壳的传感器测量时，恶化的压缩机是走向稳定极限的。因此，用“相关措施”来量化的采样信号周期的水平。相关措施的计算方法 (1)其中是相关函数，n为样本指数，i是指数，N为每轴旋转样本数，以及全套
10、电动吹风在样本数量的窗口大小。高限监管油门命令液体流率低限监管图3 C - MAPSS控制系统结构压力时间压力时间轴循环图4 例子说明了相关的措施，比较两个移动的时间相隔一个周期的压力轴样品的窗口概念。至于Eq.(1)表明，相关措施比较两个移动的时间相隔一轴的压力样本窗口。图4描述了应用于代表压力信号这一过程的可视过程。这两个窗口包含全套电动吹风数据点的数量。从技术上说，这一措施区分1和-1代表一个完全周期信号。不过，通常的数量保持在典型压缩机运行0和1之间。在相关措施上应用的引擎控制涉及监测和应对“事件”，即如下面的一些相关措施，指定的阈值下降的定义，从压力的重复性给事件的频率增加恶化，表明
11、了靠近压缩机运行稳定的限制。随机模型。由于相关措施，从多压缩机转子的压力波动来决定直接计算出的动态模拟单引擎的数量，这是不可行的。相反，相关措施的随机模型用于实现在模拟环境的稳定检测技术。特别是，该模型采用压缩机失速裕量监测，随时可从引擎模拟，复制相关措施的变动。制定相关的示范和验证的详细情况载于量裁。从不同压缩机平台获得的实验数据的分析表明，两者之间存在失速裕量和事件发生的统计特性的关系。具体来说，速率，即事件发生，事件/ s是压缩档功能失举。图5说明了这一特定的研究压缩机机的关系。据发现，虽然该事件发生率的幅度可能在不同机器上会有所差异，但这种关系总的趋势是一致的。此外，事件发生之间的时间
12、间隔可与指数的概率分布函数近似 （2）在这个表达式，是事件发生率。图6显示了这之间的数学模型和实验数据的关系。失速裕量(%)开始事件图5 事件发生率的关系，并有不同的阈值幅度就相关的措施，。从压缩机的研究进行的测试实验数据这些现象的相关措施是模拟使用门通道仿随机数字发生器RNG的。给定档差，相应的事件发生率是决定于实验数据，例如，特别设置(图 5)。这一个算法映射到阈值水平的伪事件的发生率，测距，复制这样的统计分布。具体来说，Cramer与Leadbetter 11表明，对于任何随机过程和阈值，阈值之间的时间分布，通道是哪里是阈值平均数量的通道，+是右手衍生物和U0是没有通道，是在观测时间间隔
13、0的概率- 。数值调查显示，一级口岸的指数分布伪RNG的产生一个指数衰减的概率“无事件”是一致U0 =。此外，如果阈值水平的基础上选择的自然对数，而减少了方程 3方程 2其结果，而不是显式计算相关措施，这种随机模式利用压缩机裕量边距值从发动机模型得到的水平来过境点模拟事件相关措施。裕量事件时间（s）分布函数图6 里是指数分布不管失速水平燃油流量偏差指令图7 档速之间的连接控制器和发动机方框图 4 主动压缩机稳定控制主动压缩机稳定控制代表与发动机控制系统的稳定性检测技术的集成，在这项研究中，这种整合是通过一档差控制模式。这种控制模式是在裕量措施，基于事件驱动的控制器发展和失速控制模式的失举描述。
14、裕量控制器 档失速方式需要一个控制器，即驱动的发动机，以一定的参考评价压缩机性能。“模范匹配”方法埃德蒙兹12，用于设计这个失速裕量控制器的。也被称为文学的“KQ方法，”以前已用于模型设计的引擎控制系统13，以及完整的飞行包线，多变量引擎控制器14。此控制器的设计方法，详细的数学公式中提供了评价情况。，简单起见，控制器是单输入，单输出，并一度平面行动是平行的。图7显示了本处裕量之间的边缘控制器和发动机连接。这种控制器的输入之间的参考和实际裕量差。这种控制器的输入之间的参考和实际摊位保证金差额。输出是相应的瓦特值。型匹配方法是首先选择Q，一部代表动力系统所需的封闭循环的参数响应特性加以控制。我们
15、的目标是到后来发现K时，当它们与工厂有关的控制器，将产生一个闭环反应最接近问：要做到这一点的反应，K的两极选择固定的分母结构传递函数。计算 分子最小二乘算法，最大限度地减少所需之间的反应和实际的闭环反应的差异。这架C - MAPSS应用提供了一个基于MATLAB算法执行的设计定制的限制监管机构的目的，KQ方法核心速度，发动机压力比，涡轮出口温度和燃烧室静压。此代码提取和修改设计的摊位保证金控制器。对于这项工作，K和Q是挑选出来的二阶。钾形式的选择根据监管体制的限制已经在目前的C - MAPSS发动机控制系统其中，K，和p2先定义，而b和c是待解决的未知参数。 Q是通过指定的定义阻尼比和阻尼自然频率N。因此，Q的形式该模型匹配方法，应用到的C线性模型MAPSS引擎。平衡点的线性化使用对应于0度与引擎静止状态。之所以选择这一点，因为风扇转速的平衡是相对接近风扇速度而达到高性能计算档差在从0度爆裂瞬态铁路局100度最低。这个短暂的发动机损坏程度的详细情况 7。定性
