基于科技融合的组合动力飞行器技术研发管理模式

 为满足未来新型航天飞行器跨空域、宽速域、高机动飞行的需求，组合动力发动机应运而生。介绍了组合动力系统的主要类型和工作原理，分析了美国典型组合动力飞行器技术项目研究进展及管理模式，并从科技融合的角度，结合中国组合动力系统未来发展提出了相关措施建议。     

火箭基组合动力循环飞行器变结构进气道方案研究

火箭基组合动力循环(RBCC,rocket based combined cycle)飞行器的飞行速域宽、距离远,要求飞行器在整个飞行包络内,其推进系统不仅在设计点具有良好的性能,在非设计点时也要求能正常工作。以一种RBCC飞行器为研究对象,计算不同马赫数条件下动力系统进气道的性能,在此基础上提出一种进气道的变形方案。结果表明,所设计的变几何进气道方案,能够使得组合动力发动机在工作段满足不同的推力需求,提高了发动机的效率。     

RBCC飞行器变结构进气道方案研究

火箭基组合动力循环(RBCC,Rocket Based Combined Cycle)飞行器的飞行速域宽、距离远,这就要求飞行器在整个飞行包络内,其推进系统不仅在设计点具有良好的性能,在非设计点时也要求能正常工作。本文以一种RBCC飞行器为研究对象,计算不同马赫数条件下动力系统进气道的性能,在此基础上提出一种进气道的变形方案。结果表明,本文所设计的变几何进气道方案,能够使得组合动力发动机在工作段满足不同的推力需求,提高了发动机的效率。     

组合循环动力在水平起降天地往返飞行器上的应用

 水平起降天地往返飞行器是未来空间快速响应和低成本航天运输的重要方式，组合循环动力具备全包线飞行能力，在大气层内利用空气作为氧化剂，可大大提升发动机的比冲，是未来水平起降天地往返飞行器的首选动力系统。梳理了国内外组合动力天地往返飞行器的发展历史和现状，对比未来航天运输系统中不同起降方式的优缺点，明确了水平起降的优势及其对飞行器和发动机的要求，通过组合动力和火箭动力的总体性能分析和对比，进一步确认组合循环动力在水平起降天地往返飞行器中的应用优势。     

涡轮基组合循环动力关键技术进展

 涡轮基组合循环发动机将是未来高超声速飞行器的主要动力装置，满足空间运载、高速运输、远程快速打击等任务需求，具备可常规起降、可多次重复使用、经济性好等优点。梳理了诸多航空强国关于涡轮基组合循环动力关键技术的发展脉络，分析了开展涡轮基组合循环发动机技术研究必须解决涵盖的模态转换、飞发一体化、超宽工作范围、耐高温、匹配性等诸多方面的关键技术瓶颈。结合国外先进经验，阐述了国内涡轮基组合循环发动机研究的建议，总结了必须解决的涡轮/冲压组合动力关键技术问题。     

组合动力技术的未来应用

 组合动力将两种或以上单一类型的动力有机结合，结构相互融合，功能相互补充，大大拓展了飞行包线、提高飞行效率，在临近空间高速飞行器、重复使用航天运输系统等领域具有重要应用。介绍了组合动力基本分类及工作原理，综述了组合动力技术在临近空间高速飞行器、重复使用航天运输系统等领域的应用，总结了组合动力飞行器发展趋势及主要关键技术。     

内转式TBCC组合动力进气道设计方法研究进展

吸气式推进系统是实现高超声速飞行的基石，随着对宽Ma范围内高速飞行器的需求日益迫切，涡轮基组合循环(turbine based combined cycle, TBCC)发动机等已成为国内外研究的焦点，而高效压缩的进气系统是其重要组成部分和关键技术之一。该文主要分析了宽Ma范围内高速飞行器对进气系统的特殊要求，回顾了国内外关于内转式TBCC进气道的研究进展，重点介绍了以TriJet为代表的内转式TBCC进气系统的设计方法。总结了内转式TBCC进气道所面临的主要挑战，着重介绍了这类进气道面临的独特的锥面激波/边界层干扰问题，可为后续的研究工作提供参考。     

国外组合循环动力技术研究进展

 组合循环动力技术是多种动力技术从热力循环、结构布局等方面的有机融合，具有工作包线宽、综合性能优等特点。综述了国外组合循环发动机的发展历程，介绍了几种典型组合循环发动机，概述了组合循环动力技术的发展趋势、关键技术，提出了组合循环动力技术领域的发展建议。     

考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法研究

针对组合动力飞行器动力切换时的推力陷阱问题,提出了一种考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法。首先,针对组合动力飞行器正常飞行控制需求,基于超螺旋滑模控制方法,设计了正常飞行控制器,从而实现飞行器受扰动情况下的有限时间稳定跟踪参考指令;其次考虑组合动力飞行器动力切换引起的推力损失带来的控制约束,设计了输入约束控制器,实现模态转换阶段跟踪误差有限时间收敛的同时减小推力需求;然后考虑正常情况及模态转换阶段控制器的结合,设计了组合发动机软切换控制方法;最后通过仿真验证了所设计的控制器能够有效规避推力损失现象,并且能够有效保障切换控制系统的稳定性及鲁棒性。     

带液化空气循环子系统的ARCC发动机研究

为解决空天飞机动力问题,提出一种新型带液化空气循环子系统的吸气式-火箭组合循环(ARCC)概念.该组合循环发动机集涡轮、冲压及火箭发动机优点于一身,在吸气式发动机工作过程中通过液化空气循环子系统液化大气中的氧气,存储供氢氧火箭发动机工作时使用,自身携带少量或不带氧化剂,因而经济性较好.为提高液化空气循环子系统液化比,采用多种措施设计一种新型液化空气循环子系统.计算了液化空气循环热力过程和ARCC发动机比冲性能,结果表明:液化空气循环子系统在整个吸气式飞行过程中具有较高液化比;ARCC发动机在不同的飞行条件下都能得到良好比冲特性,经济性好.     

某型航空发动机FADEC系统设计与仿真

随着飞机对发动机的性能要求越来越高,功能要求越来越多、越来越复杂,使得发动机的控制规律越来越精细,控制作用参数不断增加,导致航空发动机的相关控制系统越来越复杂.传统的机械液压式控制器无法满足当前的多参数、高精度控制的技术要求.为了获得一种具有高速运算、高精度、高可靠性并且能够实现现代控制理论中各种复杂而先进的控制算法的控制器,根据某型核心机的研究任务以及技术要求和设计思想,提出了该型核心机(航空发动机的)FADEC系统的总体设计方案,并在MATLAB下的Simulink建立了相关装置的数学模型并进行了数字仿真.仿真结果表明,所设计的FADEC系统能够提高该型发动机核心机的主要控制变量的控制精度,实现容错控制、状态监视和发动机超温、超转、喘振等各种功能保护,能够满足该核心机的控制要求,具有一定的实际应用价值.     

某型涡轴发动机试飞平台设计及试验验证

为了满足某型全数控涡轴发动机它机领先试飞的技术需求,在分析研究某型战术通用直升机电气、动力、燃油、环控等设计图纸基础上,并对照涡轴发动机全数控系统的装机特点,通过试飞平台建设总体方案论证、各系统方案详细设计及相关产品的研制、试验验证等环节,中国首次成功实现了在机械液压控制的直升机上搭建全数控涡轴发动机它机试飞平台.设计研究和试验验证表明,所设计的某型涡轴发动机试飞平台能够与被试发动机在起动电气控制、显示告警、发动机操纵等系统满足该型发动机的它机领先试飞要求,直升机旋翼负载与发动机功率匹配控制匹配良好,可为后续涡轴发动机型号它机试飞平台的建设提供直接技术支撑.     

2020年临近空间科技热点回眸

 围绕“认得清、留得住、飞得灵、用得好”的发展目标，概述了2020年临近空间科学技术的研究热点：中国、日本、法-美联合在临近空间实验探测与科学认识方面取得了一定进展；以“留得住、用得好”为目标的临近空间低动态飞行器及其应用技术取得显著成绩，日本软银公司“太阳滑翔机”和韩国EAV-3为太阳能无人机的发展注入了新的活力，美国谷歌公司Loon气球创造了可控驻留区域更精细、持续飞行时间更长、商业应用客户更多的新记录，航空和电信领域十多个巨头加入成立的HAPS联盟有助于推动临近空间长航时平台沿着“用得好”的方向健康发展；以“飞得灵、用得好”为目标的临近空间高动态飞行器及其应用技术方面，超声速亚轨道商业旅行再次推迟，俄罗斯已基本形成陆、海、空基多样化发射与远、中、近程多型号搭配的高超音速打击能力。     

利用双转子流量计确定燃油流量的方法及验证

燃油流量的准确测量对航空发动机性能计算有着重要的影响。在众多的流量计中,双转子燃油流量计有着传统单转子流量计难以比拟的优点,并具有广泛的工程应用前景。本文阐述了双转子燃油流量计的工作原理以及燃油流量计算方法。本文通过对某型发动机性能试飞中双转子燃油流量计的试验数据,得到的计算结果与供应商提供的结果进行比对,两者基本吻合,证明了该计算方法的正确性。     

基于阿特金森发动机的增程式电动汽车控制策略匹配设计

能量管理控制策略是增程式电动汽车降低油耗和排放的关键,为了使增程式电动汽车获得较好的燃油经济性和控制效果,对采用阿特金森循环发动机的增程式电动汽车的结构特点和工作模式进行了分析.基于阿特金森循环发动机的工作特点,对传统的恒功率控制策略、功率跟随控制策略进行了匹配优化,并提出了发动机三工作点控制策略和基于转速切换的功率跟随控制策略.利用Cruise和Matlab软件建立了联合仿真模型.仿真结果表明:三工作点控制策略与恒功率控制策略相比,有效地防止动力电池大电流充电,有利于缓解电池寿命衰减.基于转速切换的功率跟随控制策略能有效减小发动机转速的频繁波动并且显著提高了燃油经济性,为采用阿特金森循环发动机的增程式电动汽车实用型控制策略的开发提供参考.